用于热回收系统的模块化热电单元及其方法

用于热回收系统的模块化热电单元及其方法
【专利摘要】用于生成电力的设备和方法。该设备包括一个或多个第一组件，其配置成从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置。第一流体流沿第一方向。另外，该设备包括一个或多个第二组件，其配置成把来自一个或多个装置的热量传递到第二温度下的至少第二流体流。第二温度低于第一温度，以及第二流体流沿第二方向。第一流体流的各第一部分对应于到一个或多个装置的第一最短距离，以及第一最短距离小于第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半。
【专利说明】用于热回收系统的模块化热电单元及其方法

【技术领域】
[0001]本申请要求2012年I月25日提交的共同转让美国临时申请N0.61/590597的优先权，为了所有目的，通过引用结合到本文中。
[0002]本发明针对热量与电力之间的转换。更具体来说，本发明提供用于废热回收的系统和方法。只作为举例，本发明适用于模块化热电单元，其能够易于组装并且扩大到最佳确定大小系统以用于以增强功率输出、降低的寄生功率损耗和降低的制造成本来提供包括工业燃烧过程的各种热回收应用的解决方案。但是会理解，本发明具有相当大范围的适用性。

【背景技术】
[0003]消耗能量的任何过程通常不是100%有效的，而是常常生成采取热量形式的废能量。例如，工业燃烧过程经由高温的废气流来生成大量废热。为了改进燃烧过程的效率，期望在不干扰主要操作的情况下有效地捕获这种废热的一部分并且将其转换为有用形式。已经考虑的一种常规技术是将热电(TE)装置放置到与燃烧过程关联的排气系统上。
[0004]热电装置从热电材料制成，热电材料能够在所施加温度梯度(例如塞贝克效应)下将可观的热能量转换为电力或者在所施加电场(例如珀尔帖效应)下抽吸热量。近年来，部分由于对于将废热回收作为电力以改进工业燃烧过程中的能量效率的系统的增加需要，对包括热电材料的热电装置的使用的关注已经增长。
[0005]至今，常常由于与实现相似能量生成或制冷的其它技术相比的较差成本效率和低转换性能热电学具有受限商业适用性。在几乎没有与热电学同样适合于重量轻和低占用面积应用的其它技术的情况下，热电学却因其在热电材料和高性能热电装置的制造方面的高成本而受到限制。常规热电模块中的热电材料一般由碲化铋或碲化铅来组成，其均是有毒、难以制造并且获取和处理成本高。
[0006]近来，研制和制造具有增强热电性能的纳米结构材料的已有进展。具体来说，纳米结构材料的热电性能的特征在于例如高效率、高功率密度或者高“热电优值”ZT (其中ZT等于S20/k，S是塞贝克系数，σ是电导率，以及k是热导率)。这种技术发展推动对代用能量生产和微电子学方面的装置和/或系统的需要，其通常要求高可制造性和低成本。这种技术发展还推动对于把来自许多工业系统、例如工业燃烧过程中的排放的废热转换为有用电力的需要。
[0007]图1是示出将一个或多个热电装置组件用于从废热源生成电力的常规热回收系统的简化图。如所示，在常规热回收系统4000(例如常规热电发电系统)中，一个或多个热电(TE)装置组件4010在一侧附连到热侧热交换器4022的热板4020，并且使另一侧暴露于一个或多个冷流体流4030 (例如一个或多个冷空气流、一个或多个冷气体流)。如所示，一个或多个热电装置组件4010完全设置在主要热流区4040外部。热板4020热连接到扩展导体4024，其中多个鳍片4026插进热流区4040中。例如，一个或多个热流体流4042 (例如一个或多个热空气流、一个或多个热气体流)移出排气管或烟筒4044，以及扩展导体4024和多个鳍片4026用作间接热能收集器。但是，这种间接热能收集器在利用废热的一个或多个热流体流4042方面常常是相当低效的。
[0008]为了利用高温热电装置并且在没有干扰主要过程的操作的情况下灵活地将这些装置应用于各种工业燃烧过程，非常期望增强功率输出、降低寄生功率损耗和降低成本的改进热电系统。


【发明内容】

[0009]本发明针对热量与电力之间的转换。更具体来说，本发明提供用于废热回收的系统和方法。只作为举例，本发明适用于模块化热电单元，其能够易于组装并且扩大到最佳确定大小系统以用于以增强功率输出、降低的寄生功率损耗和降低的制造成本来提供包括工业燃烧过程的各种热回收应用的解决方案。但是会理解，本发明具有相当大范围的适用性。
[0010]按照一个实施例，一种用于生成电力的设备包括一个或多个第一组件，其配置成从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置。第一流体流沿第一方向。另外，该设备包括一个或多个第二组件，其配置成把来自一个或多个装置的热量传递到第二温度下的至少第二流体流。第二温度低于第一温度，以及第二流体流沿第二方向。第一流体流的各第一部分对应于到一个或多个装置的第一最短距离，以及第一最短距离小于第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半。第一截面垂直于第一方向。第二流体流的各第二部分对应于到一个或多个装置的第二最短距离，以及第二最短距离小于第二流体流的对应第二截面的总自由流动面积的平方根的一半。第二截面垂直于第二方向。
[0011]按照另一个实施例，一种热电设备包括:一个或多个第一通道，配置成接收第一温度下的第一流体流的一个或多个第一部分；以及一个或多个第二通道，配置成接收第二温度下的第二流体流的一个或多个部分。第二温度低于第一温度。另外，该设备包括一个或多个第三通道，其配置成接收第一流体流的一个或多个第二部分，以及一个或多个第三通道通过至少一个或多个第二通道与一个或多个第一通道分隔。此外，该设备包括:一个或多个第一热电材料，位于一个或多个第一通道与一个或多个第二通道之间；以及一个或多个第二通道，并且一个或多个第二热电材料位于一个或多个第二通道与一个或多个第三通道之间。
[0012]按照又一实施例，一种热回收系统包括:热电设备；第一导管，耦合到热电设备；以及第二导管，没有耦合到热电设备。第一导管和第二导管均连接到第三导管，并且配置成在第二导管没有接收第一流体流时由第一导管从第三导管接收第一温度下的第一流体流，并且在第一导管没有接收第一流体流时由第二导管从第三导管接收第一流体流。该热电设备配置成接收第二温度下的至少第二流体流。第二流体流沿第一方向从热电设备的一个或多个第一周长部分移入热电设备中。第一方向朝向第二导管，以及第二温度低于第一温度。另外，该热电设备配置成将第二流体流排放到第四导管中，以及第四导管是第二导管或者与第二导管基本上平行。
[0013]按照又一实施例，一种热电设备包括:第一热交换器，配置成将热量传递到第一温度下的第一流体流或者从其中提取热量；以及第二热交换器，配置成从第二温度下的第二流体流提取热量或者向其中传递热量。第二温度不同于第一温度。另外，该设备包括第三热交换器，其配置成将热量传递到第一温度下的第三流体流或者从其中提取热量，以及第三热交换器通过至少第二热交换器与第一热交换器分隔。此外，该设备包括:一个或多个第一热电材料，夹合在第一热交换器与第二热交换器之间；一个或多个第二热电材料，夹合在第二热交换器与第三热交换器之间；以及一个或多个组件，从第一热交换器延伸到第三热交换器，而没有与第二热交换器进行任何热接触。一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料位于第一热交换器与第三热交换器之间，以及一个或多个组件配置成将一个或多个压缩力施加到至少一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料。
[0014]按照又一实施例，一种用于生成电力的方法包括从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置。第一流体流沿第一方向。另夕卜，该方法包括将热量传递到第二温度下的至少第二流体流。第二温度低于第一温度，以及第二流体流沿第二方向。第一流体流的各第一部分对应于到一个或多个装置的第一最短距离，以及第一最短距离小于第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半。第一截面垂直于第一方向。第二流体流的各第二部分对应于到一个或多个装置的第二最短距离，以及第二最短距离小于第二流体流的对应第二截面的总自由流动面积的平方根的一半。第二截面垂直于第二方向。
[0015]按照又一实施例，一种用于生成电力的热电方法包括由一个或多个第一通道接收第一温度下的第一流体流的一个或多个第一部分，以及由一个或多个第二通道接收第二温度下的第二流体流的一个或多个部分。第二温度低于第一温度。另外，该方法包括由一个或多个第三通道接收第一流体流的一个或多个第二部分。一个或多个第三通道通过至少一个或多个第二通道与一个或多个第一通道分隔。此外，该方法包括由至少一个或多个第一热电材料和一个或多个第二热电材料来生成电力。一个或多个第一热电材料位于一个或多个第一通道与一个或多个第二通道之间，以及一个或多个第二热电材料位于一个或多个第二通道与一个或多个第三通道之间。
[0016]按照又一实施例，一种用于热回收的方法包括在第二导管没有接收第一流体流时，由第一导管从与第一导管和第二导管连接的第三导管接收第一温度下的第一流体流。第一导管耦合到热电设备，以及第二导管没有耦合到热电设备。另外，该方法包括在第一导管没有接收第一流体流时，由第二导管从第三导管接收第一流体流。此外，该方法包括由热电设备接收第二温度下的至少第二流体流，以及第二流体流沿第一方向从热电设备的一个或多个第一周长部分移入热电设备中。第一方向朝向第二导管，以及第二温度低于第一温度。另外，该方法包括由热电设备将第二流体流排放到第四导管中。第四导管是第二导管或者与第二导管基本上平行。
[0017]按照又一实施例，一种用于热电转换的方法包括由第一热交换器将热量传递到第一温度下的第一流体流或者从其中抽取热量，以及由第二热交换器从第二温度下的第二流体流提取热量或者向其中传递热量。第二温度不同于第一温度。另外，该方法包括由第三热交换器将热量传递到第一温度下的第三流体流或者从其中提取热量，以及第三热交换器通过至少第二热交换器与第一热交换器分隔。此外，该方法包括由一个或多个组件将一个或多个压缩力施加到至少一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料。一个或多个第一热电材料夹合(sandwich)在第一热交换器与第二热交换器之间，以及一个或多个第二热电材料夹合在第二热交换器与第三热交换器之间。一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料位于第一热交换器与第三热交换器之间。用于由一个或多个组件施加一个或多个压缩力的过程包括将一个或多个组件从第一热交换器延伸到第三热交换器，而没有与第二热交换器进行任何热接触。
[0018]根据本实施例，可实现一个或多个有益效果。参照以下详细描述和附图，能够全面理解本发明的这些有益效果以及各种附加目的、特征和优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1是示出将一个或多个热电装置组件用于从废热源生成电力的常规热回收系统的简化图。
[0020]图2A是示出常规模块化热电单元的简化图。
[0021]图2B-2C是示出按照本发明的某些实施例的模块化热电单元的简化图。
[0022]图3A-3B是示出按照本发明的一些实施例的模块化热电单元的简化图。
[0023]图4A是示出常规模块化热电单元的简化图。
[0024]图4B是示出按照本发明的某些实施例的模块化热电单元的简化图。
[0025]图5A-5B是示出作为图2A和/或图4A所示的常规模块化热电单元的部分的冷却散热器组件和热源组件中的流体流的简化图。
[0026]图5C-?是示出作为按照本发明的一些实施例、在图2B-2C、图3A-3B和/或图4B所示的模块化热电单元的部分的冷却散热器组件和热源组件中的流体流的简化图。
[0027]图6A-6D是示出按照本发明的一个实施例的模块化热电单元各种视图的简化图。
[0028]图7是示出按照本发明的一个实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元的某些组件的简化图。
[0029]图8A是示出按照本发明的另一个实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元的一些组件的简化图。
[0030]图8B是示出按照本发明的又一实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元的一些组件的简化图。
[0031]图9是示出按照本发明的又一实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元的某些组件的简化图。
[0032]图10是示出按照本发明的一个实施例的模块化热电子系统的简化图。
[0033]图11A-11B是示出按照本发明的另一个实施例的模块化热电子系统的简化图。
[0034]图12是示出按照本发明的一个实施例的热电系统的简化图。
[0035]图13A-13B是示出包括按照本发明的一个实施例的热电系统的热回收系统的简化图。
[0036]图14是示出按照本发明的另一个实施例的热电系统的简化图。
[0037]图15A-15B是示出包括按照本发明的另一个实施例的热电系统1300的热回收系统的简化图。
[0038]图16A-16B是示出包括按照本发明的又一实施例的热电系统1300的热回收系统的简化图。
[0039]图17A-17B是示出作为包括按照本发明的又一实施例的热电系统的热回收系统的部分的旁路导管和供应导管的简化图。
[0040]图18是示出按照本发明的一些实施例、如图13A-13B、图15A-15B、图16A-16B和/或图17A-17B所示的热回收系统的简化图。

【具体实施方式】
[0041]本发明针对热量与电力之间的转换。更具体来说，本发明提供用于废热回收的系统和方法。只作为举例，本发明适用于模块化热电单元，其能够易于组装并且扩大到最佳确定大小系统以用于以增强功率输出、降低的寄生功率损耗和降低的制造成本来提供包括工业燃烧过程的各种热回收应用的解决方案。但是会理解，本发明具有相当大范围的适用性。
[0042]图2A是示出常规模块化热电单元的简化图。如图2A所示，模块化热电单元110包括冷却散热器组件112 (例如冷侧热交换器)、热源组件116 (例如热侧热交换器)和热电装置组件114。例如，热电装置组件114夹合在冷却散热器组件112与热源组件116之间。在另一个示例中，热电装置组件114形成与冷却散热器组件112的冷接点，并且形成与热源组件116的热接点。
[0043]在一个实施例中，冷却散热器组件112用作热电装置组件114的低温源，以及热源组件116用作热电装置组件114的高温源。在另一个实施例中，热电装置组件114能够响应冷接点与热接点之间的温度梯度而将热能转换为电力。
[0044]图2B-2C是示出按照本发明的某些实施例的模块化热电单元的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0045]如图2B所示，模块化热电单元120包括热电单元组件122、124和126。例如，热电单元组件122、124和126的每个包括冷却散热器组件(例如冷侧热交换器)、热源组件(例如热侧热交换器)以及夹合在冷却散热器组件与热源组件之间的热电装置组件。在另一个示例中，模块化热电单元120通过将热电单元组件122、124和126堆叠在一起形成。
[0046]按照一个实施例，热电单元组件122的热源组件与热电单元组件124的热源组件相接触，以及热电单元组件124的冷却散热器组件与热电单元组件126的冷却散热器组件相接触。按照另一个实施例，通过将模块化热电单元120的冷却散热器组件附连到另一个模块化热电单元120的冷却散热器组件，和/或通过将模块化热电单元120的热源组件附连到另一个模块化热电单元120的热源组件，将多个模块化热电单元120组装在一起。
[0047]如图2C所示，模块化热电单元130包括冷却散热器组件132、134和136 (例如三个冷侧热交换器)、热电装置组件142、144、146、148和150以及热源组件152、154和156 (例如三个热侧热交换器)。例如，热电装置组件142夹合在冷却散热器组件132与热源组件152之间，热电装置组件144夹合在热源组件152与冷却散热器组件134之间，热电装置组件146夹合在冷却散热器组件134与热源组件154之间，热电装置组件148夹合在热源组件154与冷却散热器组件136之间，以及热电装置组件150夹合在冷却散热器组件136与热源组件156之间。在另一个示例中，热源组件152和154的每个形成与其两个相邻热电装置组件的两个热接点，以及冷却散热器组件134和136的每个形成与其两个相邻热电装置组件的两个冷接点。按照一个实施例，通过将模块化热电单元130的冷却散热器组件附连到另一个模块化热电单元130的冷却散热器组件，和/或通过将模块化热电单元130的热源组件附连到另一个模块化热电单元130的热源组件，将多个模块化热电单元130组装在一起。
[0048]图3A-3B是示出按照本发明的一些实施例的模块化热电单元的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0049]如图3A所示，模块化热电单元210包括热源组件212和214 (例如两个热侧热交换器)、冷却散热器组件216 (例如冷侧热交换器)以及热电装置组件224和226。例如，热电装置组件224夹合在热源组件212与冷却散热器组件216之间，以及热电装置组件226夹合在冷却散热器组件216与热源组件214之间。在另一个示例中，冷却散热器组件216夹合在热电装置组件224与226之间。
[0050]按照一个实施例，模块化热电单元210包括两个热接点，其在热源组件212与热电装置组件224之间形成以及在热源组件214与热电装置组件226之间形成。按照另一个实施例，模块化热电单元210包括两个冷接点，其在热源组件216与热电装置组件224之间形成以及在热源组件216与热电装置组件226之间形成。
[0051]如图3B所示，模块化热电单元230包括热电单元组件232和234。例如，热电单元组件232和234的每个包括两个热源组件(例如两个热侧热交换器)、一个冷却散热器组件(例如一个冷侧热交换器)和两个热电装置组件，其中两个热电装置组件之一夹合在两个热源组件之一与冷却散热器组件之间，两个热电装置组件的另一个夹合在冷却散热器组件与两个热源组件的另一个之间，以及冷却散热器组件夹合在两个热电装置组件之间。在另一个示例中，模块化热电单元230通过将热电单元组件232和234堆叠在一起形成。
[0052]按照一个实施例，热电单元组件232的热源组件与热电单元组件234的热源组件相接触。按照一个实施例，通过将模块化热电单元230的热源附连到另一个模块化热电单元230的热源，将多个模块化热电单元230组装在一起。
[0053]图4A是示出常规模块化热电单元的简化图。如图4A所示，模块化热电单元310包括冷却散热器组件312和314 (例如两个冷侧热交换器)、热源组件316 (例如热侧热交换器)以及热电装置组件324和326。例如，热电装置组件324夹合在冷却散热器组件312与热源组件316之间，以及热电装置组件326夹合在热源组件316与冷却散热器组件314之间。在另一个示例中，热源组件316夹合在热电装置组件324与326之间。
[0054]按照一个实施例，模块化热电单元310包括两个冷接点，其在冷却散热器组件312与热电装置组件324之间形成以及在冷却散热器组件314与热电装置组件326之间形成。按照另一个实施例，模块化热电单元310包括两个热接点，其在热源组件316与热电装置组件324之间形成以及在热源组件316与热电装置组件326之间形成。
[0055]图4B是示出按照本发明的某些实施例的模块化热电单元的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0056]如图4B所示，模块化热电单元330包括热电单元组件332和334。例如，热电单元组件332和334的每个包括两个冷却散热器组件(例如两个冷侧热交换器)、一个热源组件(例如一个热侧热交换器)和两个热电装置组件，其中两个热电装置组件之一夹合在两个冷却散热器组件之一与热源组件之间，两个热电装置组件的另一个夹合在热源组件与两个冷却散热器组件的另一个之间，以及热源组件夹合在两个热电装置组件之间。在另一个示例中，模块化热电单元330通过将热电单元组件332和334堆叠在一起形成。
[0057]按照一个实施例，热电单元组件332的冷却散热器组件与热电单元组件334的冷却散热器组件相接触。按照另一个实施例，通过将模块化热电单元330的冷却散热器附连到另一个模块化热电单元330的冷却散热器，将多个模块化热电单元330组装在一起。
[0058]图5A-5B是示出作为图2A和/或图4A所示的常规模块化热电单元的部分的冷却散热器组件和热源组件中的流体流的简化图。
[0059]如图5A所示，箭头6410表示如图2A所示模块化热电单元110和/或如图4A所示模块化热电单元310的热源组件中的流体流。又如图5A所示,箭头6420表示如图2A所示模块化热电单元110和/或如图4A所示模块化热电单元310的冷却散热器组件中的流体流。例如，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流沿相反方向。在另一个示例中，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流提供热接点与冷接点之间在一维改变的温度梯度。
[0060]如图5B所示，箭头6412表示如图2A所示模块化热电单元110和/或如图4A所示模块化热电单元310的的热源组件中的流体流。又如图5B所示，点6422表示如图2A所示模块化热电单元110和/或如图4A所示模块化热电单元310的冷却散热器组件中的流体流。例如，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流沿相互垂直的方向。在另一个示例中，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流提供热接点与冷接点之间在二维改变的温度梯度以及用于设置一个或多个冷却风扇和/或泵和/或一个或多个排气风扇和/或泵、以便控制和驱动流体流的便利空间配置。
[0061]图5C-?是示出作为按照本发明的一些实施例、图2B-2C、图3A-3B和/或图4B所示的模块化热电单元的部分的冷却散热器组件和热源组件中的流体流的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0062]如图5C所示,箭头410表示如图2B所示模块化热电单元120、如图2C所示模块化热电单元130、如图3A所示模块化热电单元210、如图3B所示模块化热电单元230和/或如图4B所示模块化热电单元330的热源组件中的流体流。又如图5C所示,箭头420表示如图2B所示模块化热电单元120、如图2C所示模块化热电单元130、如图3A所示模块化热电单元210、如图3B所示模块化热电单元230和/或如图4B所示模块化热电单元330的冷却散热器组件中的流体流。例如，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流沿相反方向。在另一个示例中，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流提供热接点与冷接点之间在一维改变的温度梯度。
[0063]如图所示,箭头412表示如图2B所示模块化热电单元120、如图2C所示模块化热电单元130、如图3A所示模块化热电单元210、如图3B所示模块化热电单元230和/或如图4B所示模块化热电单元330的热源组件中的流体流。又如图所示，点422表示如图2B所示模块化热电单元120、如图2C所示模块化热电单元130、如图3A所示模块化热电单元210、如图3B所示模块化热电单元230和/或如图4B所示模块化热电单元330的冷却散热器组件中的流体流。例如，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流沿相互垂直的方向。在另一个示例中，热源组件中的流体流和冷却散热器组件中的流体流提供热接点与冷接点之间在二维改变的温度梯度以及用于设置一个或多个冷却风扇和/或泵和/或一个或多个排气风扇和/或泵、以便控制和驱动流体流的便利空间配置。
[0064]如上所述并且在这里进一步强调，图2B-2C、图3A-3B和图4B只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，模块化热电单元(例如模块化热电单元120、130、210、230或330)具有立方体轮廓形状，包括至少一个冷却散热器组件、一个热源组件以及夹合在热源组件与冷却散热器组件之间的热电(TE)装置组件。在另一个示例中，虽然为了易于制造和组装而选择立方体轮廓形状，但是根据制定应用的实施例和系统要求也能够使用其它几何形状。
[0065]按照一个实施例，热源组件包括热交换器，其利用来自现有工业排气装置的热流体流的热能，来形成与热电装置组件的热端子相接触的热侧。按照另一个实施例，冷却散热器包括另一个热交换器，其利用自然和/或强制的、环境和/或供应的冷流体流来形成与热电装置组件的冷端子相接触的冷侧。热接点和/或冷接点配置成保持用于由热电装置组件产生电力的温度梯度，由此实现用于回收热量(其原本是浪费的)的目标。
[0066]图6A-6D是示出按照本发明的一个实施例的模块化热电单元各种视图的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，图6A是模块化热电单元500的简化透视图，图6B是模块化热电单元500的简化顶视图，图6C是模块化热电单元500的简化侧视图，以及图6D是模块化热电单元500的另一个简化侧视图。
[0067]模块化热电单元500包括热侧热交换器510、两个冷侧热交换器520和522以及两个热电装置组件531和532。例如，热电装置组件531包括一个或多个热电材料。在另一个示例中，热电装置组件532包括一个或多个热电材料。在又一示例中，热电装置组件531和532的每个是热电装置。
[0068]按照一些实施例，热电装置组件531夹合在冷侧热交换器520与热侧热交换器510之间，并且形成与冷侧热交换器520的冷接点以及与热侧热交换器510的热接点。按照某些实施例，热电装置组件532夹合在冷侧热交换器522与热侧热交换器510之间，并且形成与冷侧热交换器522的冷接点以及与热侧热交换器510的热接点。按照一些实施例，热侧热交换器510形成两个热接点，其中包括与热电装置组件531的一个热接点以及与热电装置组件532的另一热接点。
[0069]在一个实施例中，热侧热交换器510用作热源组件，以及两个冷侧热交换器520和522各用作冷却散热器组件。在另一个实施例中，热电装置组件531包括一个或多个热电装置单元，以及热电装置组件532包括一个或多个热电装置单元。例如，热电装置组件531配置成响应对应冷接点与对应热接点之间的温度梯度而将热能转换为电力。在另一个示例中，热电装置组件532配置成响应对应冷接点与对应热接点之间的温度梯度而将热能转换为电力。
[0070]按照一个实施例，热侧热交换器510包括用于沿第一方向561传送一个或多个热流体流的一个或多个通道，以及两个冷侧热交换器520和522包括用于沿第二方向562传送一个或多个冷流体流的一个或多个通道。例如，第一方向561和第二方向562相互垂直。
[0071]按照另一个实施例，热电装置组件531包括冷侧端子和热侧端子。例如，冷侧端子与冷侧热交换器520进行热接触以形成冷接点，以及热侧端子与热侧热交换器510进行热接触以形成热接点。按照又一实施例，热电装置组件532包括冷侧端子和热侧端子。例如，冷侧端子与冷侧热交换器522进行热接触以形成冷接点，以及热侧端子与热侧热交换器510进行热接触以形成热接点。例如，热电装置组件531和532的每个配置成将热量(例如采取一个或多个热流体流形式的废热)转换为电力(例如有用电能)。
[0072]在一个实施例中，热侧热交换器510包括中间组件515、入口组件511、出口组件519以及过渡组件513和517。例如，热侧热交换器510至少在中间区域115中具有立方体形状。在另一个示例中，入口组件511和出口组件519各在侧视图中具有矩形形状。
[0073]在又一示例中，中间组件515经过过渡组件513与入口组件511连接，并且经过过渡组件517与出口组件519连接。在另一个示例中，这两个过渡组件513和517的每个具有矩形截面，以及截面的长度和宽度随着截面从中间组件515的端部移动到入口组件511或者从中间组件515的端部移动到出口组件519而增加。在又一示例中，在中间区域515的相对侧的两个平坦外表面用作分别用于两个热电装置组件531和532的两个热侧接触面。在又一示例中，一个或多个热流由入口组件511来接收，沿第一方向561流经过渡组件513、中间组件515和过渡组件517，以及由出口组件519来释放。
[0074]在另一个实施例中，朝入口组件511和出口组件519的较大截面面积能够以经过一个或多个通道的降低流体阻力来促进一个或多个流体流。例如，热侧热交换器510的整个通道由一个或多个材料(例如不锈钢、陶瓷材料)制成，其在机械上是刚性的并且可容许高温(例如高达800°C的高温、高达650°C的高温)。在另一个示例中，一个或多个通道用来传送一个或多个热流体流，例如工业燃烧过程所生成的废热气体。
[0075]如图6A-6D所示，热侧热交换器510包括三个通道580、582和584，以及按照一个实施例，三个通道580、582和584的每个用来沿第一方向561传送热流体流。例如，三个通道580、582和584隔着小间隙一个接一个设置，但是它们能够合并为一个通道。在另一个示例中，将一个通道分成隔着小间隙的三个通道能够改进结构相对高温操作下的热膨胀变化的机械容限。又如图6A-6D所不,按照另一个实施例,冷侧热交换器520和522的每个仅包括一个通道，其用来沿第二方向562传送冷流体流。例如，没有将一个通道分成隔着小间隙的多个通道使冷侧更稳定，从而引起冷流体流的降低损耗以及由热电装置组件531和532进行的能量转换的改进效率。
[0076]在一个实施例中，三个通道580、582和584的每个沿第一方向561延伸，以及这三个通道580、582和584沿第二方向562相邻设置。例如，对应于三个通道580、582和584，中间组件515、入口组件511、出口组件519以及过渡组件513和517的每个也分成三个部分。在另一个不例中，中间组件515的三个部分在每侧具有三个外表面，以及这三个外表面相互齐平(leveled)。在又一示例中，三个齐平外表面配置成形成与作为热电装置组件531或532的部分的连续接触板的热接触。在又一示例中，两个冷侧热交换器520和522的每个包括覆盖中间组件515的一侧的中间组件515的三个外表面的接触板。
[0077]在一个实施例中，冷侧热交换器520包括中间组件525、入口组件521和出口组件529，以及冷侧热交换器522包括中间组件256、入口组件524和出口组件528。例如，冷侧热交换器520和522的每个具有立方体形状。在另一个示例中，冷流由入口组件521来接收，沿第二方向562流经中间组件525，以及由出口组件529来释放。在又一示例中，冷流由入口组件524来接收，沿第二方向562流经中间组件526，以及由出口组件528来释放。在又一示例中，对于冷侧热交换器520，沿第二方向562的流长度594保持为较短，以降低抽吸寄生功率损耗以及将出口组件529的温度保持为较低。在又一示例中，对于冷侧热交换器522，沿第二方向562的流长度保持为较短，以降低抽吸寄生功率损耗以及将出口组件528的温度保持为较低。
[0078]在另一个实施例中，冷侧热交换器520和522的每个经受较低温度(例如大约10°C或以下、大约80°C或以下)，并且由具有高热导率材料和低制造成本的一个或多个材料来制成。在又一实施例中，冷侧热交换器520包括接触板590，以及冷侧热交换器522包括接触板592。例如，接触板590和592均定位成面向外部，因而降低从没有经过热电装置组件531和532所引导的热侧热交换器510到大气的热损耗，并且还保护其它系统组件免于高温。
[0079]按照一个实施例，热侧热交换器510包括至少中间组件515、入口组件511、过渡组件513和517以及出口组件519。例如，中间组件515具有顶侧板614和底侧板616，并且经过过渡组件513与入口组件511连接。在另一个示例中，过渡组件513在顶侧和底侧的斜边，并且将入口组件511分别连接到中间组件515的顶侧板614和底侧板616的一端。在又一示例中，入口组件511具有截面尺寸680，其大于中间组件511的顶侧板614与底侧板616之间沿第三方向563的距离，以便为分别在顶侧和底侧设置冷侧热交换器520和522提供空间。
[0080]按照另一个实施例，过渡组件517与过渡组件513基本上相似，并且用来经过过渡组件517将中间组件515连接到出口组件519。例如，过渡组件513在顶侧和底侧的斜边，并且将出口组件519分别连接到中间组件515的顶侧板614和底侧板616的另一端。在又一示例中，出口组件519具有截面尺寸688，其大于中间组件511的顶侧板614与底侧板616之间沿第三方向563的距离，以便为分别在顶侧和底侧设置冷侧热交换器520和522提供空间。
[0081]如图6D所示，冷侧热交换器520包括接触板623与590之间的通道624，以及冷侧热交换器522包括接触板627与592之间的通道628。在一个实施例中，通道624包括多个指状物620，其从接触板623延伸到接触板590。例如，各指状物620的长度630等于或小于8cm。在另一个示例中，各指状物620的长度630等于或小于6cm。在又一示例中，各指状物620的长度630等于或小于4cm。在另一个实施例中，通道628包括多个指状物622，其从接触板627延伸到接触板592。例如，各指状物622的长度632等于或小于8cm。在另一个示例中，各指状物622的长度632等于或小于6cm。在又一示例中，各指状物622的长度632等于或小于4cm。
[0082]在一个实施例中，对于通道624，(经过通道624移动的)冷流体流的各部分对应于到热电装置组件531的最短距离，以及最短距离小于流体流的对应截面的总自由流动面积的平方根的一半。例如，流体流的对应截面与第二方向562垂直，以及对应截面的总自由流动面积等于通道624的截面面积减去指状物的对应截面面积。
[0083]在另一个实施例中，对于通道628，(经过通道628移动的)冷流体流的各部分对应于到热电装置组件532的最短距离，以及最短距离小于流体流的对应截面的总自由流动面积的平方根的一半。例如，流体流的对应截面与第二方向562垂直，以及对应截面的总自由流动面积等于通道628的截面面积减去指状物的对应截面面积。
[0084]按照某些实施例，通道624包括多个鳍片结构(例如指状物)，其沿第二方向562(例如，如图6D所示进入纸面)对齐以用于传送冷流体流，以及通道628也包括多个鳍片结构(例如指状物)，其沿第二方向562(例如，如图6D所示进入纸面)对齐以用于传送冷流体流。例如，多个鳍片结构增强用于经过接触板623将热量从热电装置组件531传递到冷通道624中的冷流体流的热导率。通过保持冷流体流的一定速率，能够在热电装置组件531的冷接点保持基本上稳定的冷侧温度。在另一个示例中，多个鳍片结构增强用于经过接触板627将热量从热电装置组件532传递到冷通道628中的冷流体流的热导率。通过保持冷流体流的一定速率，能够在热电装置组件532的冷接点保持基本上稳定的冷侧温度。
[0085]按照一些实施例，如在模块化热电单元500中设置的每个冷通道(例如通道624或628)的高度配置成适合中间组件515与热侧热交换器510的入口组件511和出口区域组件519相比的减小尺寸所提供的空间。例如，两个外部接触板590与592之间的距离基本上等于入口组件511的截面尺寸680和出口组件519的截面尺寸688，从而提供沿第三方向563 (其垂直于第一方向561和第二方向562)封装多个模块化热电单兀500的便利。
[0086]如图6C所示，热侧热交换器510包括三个通道580、582和584，以及按照一个实施例，三个通道580、582和584的每个用来沿第一方向561传送热流体流。例如，通道580位于接触板660与662之间，通道582位于接触板664与666之间，以及通道584位于接触板668与670之间。在另一个示例中，通道580包括多个指状物661，其从接触板660延伸到接触板662，通道582包括多个指状物665，其从接触板664延伸到接触板666，以及通道584包括多个指状物669，其从接触板668延伸到接触板670。在又一示例中，各指状物(例如指状物661、665或670)的长度671等于或小于8cm。在又一示例中，各指状物(例如指状物661、665或670)的长度671等于或小于6cm。在又一示例中，各指状物(例如指状物661、665或670)的长度671等于或小于4cm。
[0087]在一个实施例中，对于通道580，(经过通道580移动的)热流体流的各部分对应于到热电装置组件531的最短距离以及到热电装置组件532的另一个最短距离，并且这两个最短距离均小于流体流的对应截面的总自由流动面积的平方根的一半。例如，流体流的对应截面与第一方向561垂直，以及对应截面的总自由流动面积等于通道580的截面面积减去指状物的对应截面面积。
[0088]在另一个实施例中，对于通道582，(经过通道582移动的)热流体流的各部分对应于到热电装置组件531的最短距离以及到热电装置组件532的另一个最短距离，并且这两个最短距离均小于流体流的对应截面的总自由流动面积的平方根的一半。例如，流体流的对应截面与第一方向561垂直，以及对应截面的总自由流动面积等于通道582的截面面积减去指状物的对应截面面积。
[0089]在又一实施例中，对于通道584，(经过通道584移动的)热流体流的各部分对应于到热电装置组件531的最短距离以及到热电装置组件532的另一个最短距离，并且这两个最短距离均小于流体流的对应截面的总自由流动面积的平方根的一半。例如，流体流的对应截面与第一方向561垂直，以及对应截面的总自由流动面积等于通道584的截面面积减去指状物的对应截面面积。
[0090]按照另一个实施例，通道580、582和584各包括多个鳍片结构(例如指状物)，其至少在中间组件515中沿第一方向561 (例如，如图6C所示进入纸面)对齐，以用于传送热流体流。例如，这类鳍片结构增强热流体流与热电装置组件531和532之间的热导率。
[0091]如上所述并且在这里进一步强调，图6A-6D只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。在一个实施例中，模块化热电单元500是模块化热回收单元。在另一个实施例中，提供一个或多个模块化热电单元500以用于组装热回收系统，以便安装在与工业燃烧过程关联的废热排放区域中。
[0092]按照一个实施例，热侧热交换器510与两个冷侧热交换器520和522之间的耦合配置至少将热侧热交换器510的中间组件515保持在两个冷侧热交换器520与522之间。例如，这种配置能够帮助至少将具有一个或多个热流体流的中间组件515保持在基本上稳定的高温状态。
[0093]按照另一个实施例，热侧热交换器510包括过渡组件513和517，各具有增加截面面积，以将中间组件515与入口组件511或出口组件519连接。例如，这种配置为入口组件511和出口组件519提供大截面面积，其能够促进平滑流动，并且还增强中间组件515中的流率以获得热传导中的更好效率。在另一个示例中，这种配置能够将沿第三方向563的热侧热交换器51的尺寸与如图6D所示的两个接触板590与592之间的距离进行匹配。
[0094]如图6A-6D所示，按照一些实施例，热电装置组件531夹合在冷侧热交换器520与热侧热交换器510之间，并且形成与冷侧热交换器520的冷接点以及与热侧热交换器510的热接点，以及热电装置组件532夹合在冷侧热交换器522与热侧热交换器510之间，并且形成与冷侧热交换器522的冷接点以及与热侧热交换器510的热接点。例如，从热流体流或冷流体流的任何单元到其对应热电接点(例如对应热接点或对应冷接点)的最短路径小于3英寸。按照一些实施例，模块化热电单元500包括热侧热交换器510、冷侧热交换器520和522以及热电装置组件531和532。例如，热侧热交换器510用来从一个或多个对应热流体流提取热量。在另一个示例中，冷侧热交换器520和522的每个用来将热量排放到一个或多个对应冷流体流。
[0095]按照一些实施例，考虑下列考虑因素(a)至(d)的一个或多个:
[0096](a)为了增加净电力生成并且降低热电发电机(例如热电系统)的系统大小，按照某些实施例，期望使用一个或多个热侧热交换器和一个或多个冷侧热交换器，其创建从一个或多个对应热或冷流体流到一个或多个对应热电装置组件的低热阻(例如高热传递)，同时向分别经过对应热交换器的一个或多个对应热或冷流体流提供低压力下降。例如，较低热阻允许一个或多个对应热侧热交换器对给定面积提取更大热量，并且因而允许热电发电机每单位体积生成更大电力。在另一个示例中，压力下降需要由一个或多个泵和/或风扇来补偿，其消耗寄生能量并且因而降低净电力生成。
[0097](b)热传递与接触对应流体流的表面积成比例，并且与流体速率成比例，以及压力下降与接触对应流体流的表面积成比例，并且与流体速率的立方成比例；因此，按照某些实施例，高热传递、低压力下降的热交换器能够采用低流体速率和高表面积来实现。例如，低流体速率能够通过增加热交换器的自由流截面面积来得到。在另一个示例中，大表面积能够使用鳍片(例如指状物)、引脚、辐板、通道或者热交换表面上的其它延伸表面面积特征来实现。
[0098](C)按照某些实施例，热量需要沿任何鳍片的长度或者扩展表面向下传导到热电装置组件，以及热传导的这种长度引入热阻，并且鳍片的热阻与传导路径的长度成比例以及与传导路径的宽度和热交换器材料的热导率成反比。例如，高热导率材料是昂贵的(例如铜、金、银、碳化硅、氮化铝)，或者因柔化或氧化(例如铝、石墨)而不适合于高温应用。在另一个示例中，较宽鳍片减小自由流面积，由此增加压力下降并且降低净电力生成。在又一示例中，短传导长度能够通过使用一个或多个宽而浅的热交换器通道来实现；但是，这种通道几何结构能够引起具有可能难以配合工作的物理尺寸的热电系统。在又一示例中，能够通过分割或分接(manifold)流体流，并且与流体流平行地将一个或多个热侧热交换器、一个或多个热电装置组件和一个或多个冷侧热交换器的多个叠层分层，来克服这种困难。
[0099](d)按照某些实施例，没有鳍片但是具有甚至更低通道高度的较大数量的堆叠热和/或冷通道能够提供等效自由流截面面积和等效表面积，并且因而也可实现低流体速率、高表面积和短传导路径。作为一个示例，这种布置对于要求热电装置组件与热交换器的热阻抗匹配以使电力生成为最大的热电发电机不太有效。在另一个示例中，没有扩展表面积的热交换器布置具有热电材料的每单位面积的低热传递，因此需要一个或多个较厚热电装置组件和/或热电材料的较低封装分数(fract1n)。在又一示例中，较厚热电装置组件可引起较高热电材料成本。在又一示例中，热电材料的较低封装分数可因经过热电装置组件周围的空间的热量的泄漏而引起功率损耗。
[0100]如上所述并且在这里进一步强调，图6A-6D只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，两个热电装置组件531和532由不是热电装置但是仍然能够将热能转换成电能的两个装置来替代。在另一个示例中，两个热电装置组件531和532由某些类型的热光伏装置来替代，其中每个包括一个或多个某些类型的热光伏材料。在又一个不例中，两个热电装置组件531和532由某些类型的热离子装置来替代，其中每个包括一个或多个某些类型的热离子材料。
[0101]在另一个示例中，第一方向561不是固定的，第一方向561而是随着一个或多个热流体流经过热侧热交换器510的一个或多个通道移动而发生变化。在又一示例中，第二方向562不是固定的，第二方向562而是随着一个或多个冷流体流经过冷侧热交换器520的一个或多个通道和/或冷侧热交换器522的一个或多个通道移动而发生变化。
[0102]图7是示出按照本发明的一个实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元500的某些组件的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0103]如上所述，按照某些实施例，热电装置组件531夹合在冷侧热交换器520与热侧热交换器510之间，并且形成与冷侧热交换器520的冷接点以及与热侧热交换器510的热接点，以及热电装置组件532夹合在冷侧热交换器522与热侧热交换器510之间，并且形成与冷侧热交换器522的冷接点以及与热侧热交换器510的热接点。例如，在中间组件515的一侧，冷侧热交换器520的接触板623经接合以形成与热电装置组件531的冷接点，同时使接触板590面向模块化热电单元500外部。在另一个示例中，在中间组件515的另一侧，冷侧热交换器522的接触板627经接合以形成与热电装置组件532的冷接点，同时使接触板592面向模块化热电单元500外部。
[0104]在一个实施例中，热电装置组件531包括多个热电装置单元640，其嵌入低热导率基体642中并且夹合在两个端子641与643之间。例如，端子641用作用于形成与热侧热交换器510的接触板614的热接点的接触板，以及端子643用作用于形成与冷侧热交换器520的接触板623的冷接点的接触板。在另一个示例中，端子641和643还用作用于输出热电装置组件531响应热接点与冷接点之间的温度梯度所生成的电力的电分流。
[0105]在另一个实施例中，热电装置组件532包括多个热电装置单元650，其嵌入低热导率基体652中并且夹合在两个端子651与653之间。例如，端子651用作用于形成与热侧热交换器510的接触板616的热接点的接触板，以及端子653用作用于形成与冷侧热交换器522的接触板627的冷接点的接触板。在另一个示例中，端子651和653还用作用于输出热电装置组件532响应热接点与冷接点之间的温度梯度所生成的电力的电分流。
[0106]如图7所示，按照某些实施例，界面材料675插入端子641与接触板614之间，以及另一个界面材料676插入端子643与接触板623之间。例如，界面材料675用来确保端子641与接触板614之间的优良热导率。在另一个示例中，界面材料676用来确保端子643与接触板623之间的优良热导率。在一个实施例中，界面材料675适合于热侧热交换器510附近的高温环境(例如高达800°C或以上、高达650°C或以上)。例如，界面材料675使用金属箔、特别是铜箔，因为金属箔趋向于在高温软化，因而在将接触板614压在端子641上时成为优良热接触介质。在另一个实施例中，界面材料676较薄，以便增强贯通面热导率。例如，界面材料676使用石墨箔，因为低压力等级能够使石墨箔在将接触板623压在端子643上时变平。按照一些实施例，界面材料(例如与界面材料675相似)插入端子651与接触板616之间，以及另一个界面材料(例如与界面材料676相似)插入端子653与接触板627之间。
[0107]图8A是示出按照本发明的另一个实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元500的一些组件的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0108]如图8A所示，热侧热交换器510包括三个通道580、582和584，其位于冷侧热交换器520的通道624与冷侧热交换器522的通道628之间。例如，在冷通道624与三个热通道580、582和584之间，存在热电装置组件531 (例如具有高热电优值)。在另一个示例中，在冷通道628与三个热通道580、582和584之间，存在热电装置组件532 (例如具有高热电优值)。
[0109]在一个实施例中，热电装置组件531包括多个热电装置单元730 (例如多个热电装置单元640)，以及热电装置组件532包括多个热电装置单元732 (例如多个热电装置单元650)。例如，多个热电装置单元730沿第一方向562对齐，以及多个热电装置单元732也沿第一方向562对齐。在另一个示例中，多个热电装置单元730和/或多个热电装置单元732的各热电装置单元经过半导体制作过程从纳米线阵列来制成。
[0110]在又一示例中，多个热电装置单元730的各热电装置单元功能化为具有低热导率和高电导率的P型半导体单元(例如P型热电分支)或者具有低热导率和高电导率的η型半导体单元(例如η型热电分支)。在又一示例中，多个热电装置单元732的各热电装置单元功能化为具有低热导率和高电导率的P型半导体单元或者具有低热导率和高电导率的η型半导体单元。在又一示例中，P型半导体和η型半导体各为热电材料。
[0111]按照一个实施例，多个热电装置单元730包括P型半导体单元和η型半导体单元。例如，两个P型半导体单元通过至少一个η型半导体单元来分隔，以及两个η型半导体单元通过至少一个P型半导体单元来分隔。在另一个示例中，多个热电装置单元730相互电耦合(例如，每个η型半导体单元电连接到一个或两个P型半导体单元，每个P型半导体单元电连接到一个或两个η型半导体单元)。按照另一个实施例，多个热电装置单元732包括P型半导体单元和η型半导体单元。例如，两个P型半导体单元通过至少一个η型半导体单元来分隔，以及两个η型半导体单元通过至少一个P型半导体单元来分隔。在另一个示例中，多个热电装置单元732相互电耦合(例如，每个η型半导体单元电连接到一个或两个P型半导体单元，每个P型半导体单元电连接到一个或两个η型半导体单元)。
[0112]如图8Α所示，多个热电装置单元730分为分别与三个通道580、582和584对应的三组740、742和744热电装置单元，以及多个热电装置单元732分为分别与三个通道580、582和584对应的三组750、752和754热电装置单元。例如，三个通道580、582和584隔着小间隙一个接一个设置，以便改进结构相对高温操作下的热膨胀变化的机械容限。在另一个示例中，跨每个这种小间隔，柔性连接器746(例如电缆)用来电链接编组740和742或者编组742和744，以及柔性连接器756 (例如电缆)用来电链接编组750和752或者编组752 和 754。
[0113]在一个实施例中，编组740的端单元经过柔性连接器746电连接到绝缘电缆760，以及编组750的端单元也经过柔性连接器756电连接到绝缘电缆760。例如，绝缘电缆760能够容许高温(例如高达800°C或以上、高达650°C或以上)。在另一个示例中，绝缘电缆760部分附连到冷侧热交换器520和522。在另一个实施例中，编组744的端单元经过柔性连接器764电连接到绝缘电缆762，以及编组754的端单元也经过柔性连接器756电连接到绝缘电缆764。例如，绝缘电缆762部分附连到冷侧热交换器520，以及绝缘电缆764部分附连到冷侧热交换器522。在另一个示例中，绝缘电缆762和764用作用于连接到对应外部电引线的主电极。在又一示例中，如果多个模块化热电单元500组装在一起以形成子系统或系统，则绝缘电缆762和764用来与相邻模块化热电单元500电耦合。在又一示例中，绝缘电缆762和764用来传递电能(例如电力)，其由热电装置组件531和532经过热电转换从热能来转换。
[0114]图8B是示出按照本发明的又一实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元500的一些组件的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0115]如图8B所示，热侧热交换器510包括三个通道580、582和584，其位于冷侧热交换器520的通道624与冷侧热交换器522的通道628之间。例如，在冷通道624与三个热通道580、582和584之间，存在热电装置组件531 (例如具有高热电优值)。在另一个示例中，在冷通道628与三个热通道580、582和584之间，存在热电装置组件532 (例如具有高热电优值)。
[0116]在一个实施例中，热电装置组件531包括多个热电装置单元730 (例如多个热电装置单元640)，以及热电装置组件532包括多个热电装置单元732 (例如多个热电装置单元650)。例如，多个热电装置单元730沿第一方向562对齐，以及多个热电装置单元732也沿第一方向562对齐。在另一个示例中，多个热电装置单元730和/或多个热电装置单元732的各热电装置单元经过半导体制作过程从纳米线阵列来制成。
[0117]在又一示例中，多个热电装置单元730的各热电装置单元功能化为具有低热导率和高电导率的P型半导体单元或者具有低热导率和高电导率的η型半导体单元。在又一示例中，多个热电装置单元732的各热电装置单元功能化为具有低热导率和高电导率的P型半导体单元或者具有低热导率和高电导率的η型半导体单元。
[0118]按照一个实施例，多个热电装置单元730包括P型半导体单元和η型半导体单元。例如，两个P型半导体单元通过至少一个η型半导体单元来分隔，以及两个η型半导体单元通过至少一个P型半导体单元来分隔。在另一个示例中，多个热电装置单元730相互电耦合(例如，每个η型半导体单元电连接到一个或两个P型半导体单元，每个P型半导体单元电连接到一个或两个η型半导体单元)。按照另一个实施例，多个热电装置单元732包括P型半导体单元和η型半导体单元。例如，两个P型半导体单元通过至少一个η型半导体单元来分隔，以及两个η型半导体单元通过至少一个P型半导体单元来分隔。在另一个示例中，多个热电装置单元732相互电耦合(例如，每个η型半导体单元电连接到一个或两个P型半导体单元，每个P型半导体单元电连接到一个或两个η型半导体单元)。
[0119]如图8Β所示，多个热电装置单元730分为分别与三个通道580、582和584对应的三组740、742和744热电装置单元，以及多个热电装置单元732分为分别与三个通道580、582和584对应的三组750、752和754热电装置单元。例如，三个通道580、582和584隔着小间隙一个接一个设置，以便改进结构相对高温操作下的热膨胀变化的机械容限。
[0120]在另一个示例中，两个编组740和742的每个电连接到延伸到冷侧热交换器520的接触板590之外的绝缘电缆776，并且这些绝缘电缆776通过绝缘电缆792相互连接。在又一示例中，两个编组742和744的每个电连接到延伸到冷侧热交换器520的接触板590之外的绝缘电缆776，并且这些绝缘电缆776通过绝缘电缆792相互连接。
[0121]在又一示例中，两个编组750和752的每个电连接到延伸到冷侧热交换器522的接触板592之外的绝缘电缆786，并且这些绝缘电缆786通过绝缘电缆794相互连接。在又一示例中，两个编组752和754的每个电连接到延伸到冷侧热交换器522的接触板592之外的绝缘电缆786，并且这些绝缘电缆786通过绝缘电缆794相互连接。
[0122]在又一示例中，编组740电连接到延伸到冷侧热交换器520的接触板590之外绝缘电缆776，以及编组750电连接到延伸到冷侧热交换器522的接触板592之外的绝缘电缆786，其中这些绝缘电缆776和786通过绝缘电缆790相互连接。在又一示例中，编组744电连接到延伸到冷侧热交换器520的接触板590之外绝缘电缆776，以及编组754电连接到延伸到冷侧热交换器522的接触板592之外的绝缘电缆786，其中绝缘电缆776连接到绝缘电缆796，并且绝缘电缆786连接到绝缘电缆798。在一个实施例中，绝缘电缆796和798用作用于连接到对应外部电引线的主电极。在另一个实施例中，如果多个模块化热电单元500组装在一起以形成子系统或系统，则绝缘电缆796和798用来与相邻模块化热电单元500电耦合。
[0123]图9是示出按照本发明的又一实施例、如图6A-6D所示的模块化热电单元500的某些组件的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0124]如上所述，按照一些实施例，热电装置组件531夹合在冷侧热交换器520与热侧热交换器510之间，以及热电装置组件532夹合在冷侧热交换器522与热侧热交换器510之间。
[0125]在一实施例中，冷侧热交换器520通过至少一个螺栓组合件840安装在接触板623的扩展端区域，使得将接触板623压在热电装置组件531上，其又压在热侧热交换器510上，以及热侧热交换器510还压在热电装置组件531和冷侧热交换器522的接触板627上。例如，螺栓组合件840包括接触板623上方的顶部、接触板627下方的底部以及接触板623与627之间的中部。在另一个示例中，螺栓组合件840包括螺栓头820和弹簧垫圈822。在又一示例中，螺栓组合件840的底部包括耦合到螺栓的螺母824，其中螺栓从冷侧热交换器520的接触板623延伸到冷侧热交换器522的接触板627。在又一示例中，螺栓组合件840的中部包括隔离片810，其是热和电绝缘的，使得螺栓没有与热侧热交换器510进行任何热和电接触，并且没有与热电装置组件531或532的任一个进行任何热和电接触。
[0126]按照一个实施例，当所有热侧热交换器510以及冷侧热交换器520和522较冷时，螺栓组合件840变紧。例如，此后，当热侧热交换器510在正常操作期间变热时，螺栓组合件840的中部在长度上膨胀，并且这种热膨胀通过弹簧垫圈822 (其部分因绝缘隔离片810而保持较冷)来实现。按照另一个实施例，如图6B所示，模块化热电单元500包括多个螺栓组合件502。例如，多个螺栓组合件502的每个与螺栓组合件840相同。
[0127]如图9和/或图6A-6D所示，按照某些实施例，模块化热电单元500包括夹合在热侧热交换器510与冷侧热交换器520之间的热电装置组件531以及夹合在热侧热交换器510与冷侧热交换器522之间的热电装置组件532。在一个实施例中，热电装置组件531和冷侧热交换器520处于热侧热交换器510的一侧，以及热电装置组件532和冷侧热交换器522处于热侧热交换器510的另一侧。在另一个实施例中，螺栓组合件840 (例如螺栓)从冷侧热交换器520延伸到冷侧热交换器522，而没有与热侧热交换器510进行接触，并且没有与热电装置组件531和532的任一个进行接触。
[0128]按照一些实施例，考虑下列考虑因素㈧和⑶的一个或多个:
[0129](A)按照某些实施例，螺栓组合件840将压缩力施加到热侧热交换器510以及热电装置组件531和532。例如，螺栓组合件840通过将压力施加到热电装置组件531和532与热交换器510、520和522之间的界面处的一个或多个顺应材料来降低接触的热阻，而没有产生热侧热交换器510与冷侧热交换器520之间的热短路并且没有产生热侧热交换器510与冷侧热交换器522之间的热短路。在另一个示例中，这种热短路的任一个会降低跨热电装置组件531和跨热电装置组件532的温度梯度和热通量，因而还降低模块化热电单元500所产生的电量。
[0130](B)按照某些实施例，将螺栓组合件840从冷侧热交换器520延伸到冷侧热交换器522能够降低包括弹簧垫圈822的螺栓组合件840的设计温度要求。例如，将螺栓组合件840从冷侧热交换器520延伸到冷侧热交换器522能够通过将热侧热交换器510放置在冷侧热交换器520与522之间，来降低热侧热交换器510到大气的热损耗。
[0131]按照一些实施例，又参照图3A-3B，与螺栓组合件840相似的一个或多个螺栓组合件用来例如从热源组件212 (例如热侧热交换器)延伸到热源组件214 (例如热侧热交换器)。
[0132]如上所述并且在这里进一步强调，图9只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，包括螺栓的螺栓组合件840由也能够将压缩力施加到冷侧热交换器520、热电装置组件531、热侧热交换器510、热电装置组件532和冷侧热交换器522的另一个组件来替代。
[0133]图10是示出按照本发明的一个实施例的模块化热电子系统的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0134]按照一个实施例,模块化热电子系统900包括堆叠在一起的多个模块化热电单兀901 (例如堆叠在一起的四模块化热电单元901)。例如，各模块化热电单元901是如图6A-6D所示的模块化热电单元500。在另一个示例中，多个模块化热电单元901的堆叠沿如图6D所示的第三方向563执行。
[0135]在一个实施例中，沿第三方向563的热侧热交换器510的入口组件511和出口组件519的尺寸匹配(例如等于或小于)接触板590与592之间沿第三方向的距离，因此沿第三方向563的多个模块化热电单元901的堆叠(例如多个模块化热电单元500的堆叠)允许形成所组装的多个模块化单元的所有热通道的组合入口组件911和组合出口组件919。
[0136]在另一个实施例中，沿第三方向563的多个模块化热电单元901的堆叠(例如多个模块化热电单元500的堆叠)允许一个模块化热电单元的接触板590与相邻模块化热电单元的接触板592进行良好热接触，从而形成所组装的多个模块化单元的所有冷通道的组合入口组件921和组合出口组件929。
[0137]如图10所示，模块化热电子系统900包括与所有冷通道的组合入口组件921关联的导管结构940。例如，导管结构940包括多个成形侧941，以将组合入口组件921延伸到放大开口。在另一个示例中，导管结构940还包括多个成形绝缘挡板942，以防止冷流体流直接接触热通道的外露侧表面。
[0138]在一个实施例中，风扇或泵结构安装在导管结构940的开口，以用于驱动沿第二方向362经过所有冷通道的冷流体流。在另一个实施例中，排气风扇或泵结构安装在组合出口组件919的开口，以用于保持沿第一方向361的所有热流体流的预期流率。在又一实施例中，堆叠多个模块化热电子系统400以形成热电系统。例如，多个模块化热电子系统400的这种堆叠沿第三方向563来执行。在另一个示例中，多个模块化热电子系统400的这种堆叠沿第一方向561和/或第二方向562来执行。
[0139]图11A-11B是示出按照本发明的另一个实施例的模块化热电子系统的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0140]在一个实施例中，模块化热电子系统1000包括外部组件1110以及外部组件1110内部的内部组件1120。在另一个实施例中，模块化热电子系统1000与模块化热电子系统900相同或者基本上相似。
[0141]如上所述并且在这里进一步强调，图10和图11A-11B只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，模块化热电子系统900仅包括一个模块化热电单元901。
[0142]图12是示出按照本发明的一个实施例的热电系统的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0143]如图12所示，热电系统1100包括多个模块化热电子系统1110(例如五个模块化热电子系统1110)。例如，多个模块化热电子系统1110的每个是模块化热电子系统900。在另一个示例中，多个模块化热电子系统1110是沿第三方向563堆叠的多个模块化热电子系统900。在又一示例中，模块化热电子系统900的组合出口组件929电连接到另一个模块化热电子系统900的组合入口组件921，以及多个模块化热电子系统900串联电连接。
[0144]在一个实施例中，多个模块化热电子系统1110 (例如五个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1151 (例如五个风扇或泵结构)，其安装在多个导管结构1153(例如五个导管结构940)的开口，以用于驱动沿第二方向562经过冷通道的冷流体流。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1155(例如五个导管结构)移出多个模块化热电子系统1110。在另一个示例中，多个冷流体风扇和/或泵1151和/或多个导管结构1153是热电系统1100的一个或多个周长部分，以及经过一个或多个周长部分，冷流体流沿第二方向562进入冷通道。在又一示例中，热流体流(例如热空气)沿第一方向561经过所有热通道向上(例如从烟筒)移动。
[0145]在另一个实施例中，多个模块化热电子系统1110(例如五个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵(例如五个热排气风扇和/或泵)，其安装在多个组合出口组件(例如五个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561 (例如从烟筒)的所有热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件(例如五个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1110。
[0146]在又一实施例中，热电系统1100包括两个主要电引线，其连接热电系统1100的所有热电装置组件(例如所有热电装置组件531和532)，以便输出从热能(例如来自流出烟筒的热空气的废热的热能)转换的电能。例如，多个模块化热电子系统900串联电连接。在另一个示例中，两个主要电引线之一是端模块化热电子系统900的组合入口组件921，以及两个主要电引线之一是另一端模块化热电子系统900的组合出口组件929。
[0147]图13A-13B是示出包括按照本发明的一个实施例的热电系统的热回收系统1100的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0148]按照一些实施例，热电系统1100用于热回收系统1200中，以及热电系统1100包括多个模块化热电子系统1110。在一个实施例中，多个模块化热电子系统1110(例如五个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵1261 (例如五个热排气风扇和/或泵1261)，其安装在多个组合出口组件(例如五个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561 (例如从烟筒)的所有热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件(例如五个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1110。在另一个示例中，多个热排气风扇和/或泵1261各为皮带驱动翼式(vane)轴流风扇或泵。在又一示例中，多个热排气风扇和/或泵1261各单独被控制(例如经过变频器(VFD))，以操控跨多个组合出口组件(例如五个组合出口组件919)的不均匀流。
[0149]如图13A-13B所示，一个或多个控制阻尼器1212设置在多个组合入口组件(例如五个组合入口组件911)下方。例如，一个或多个控制阻尼器1212用来保持经过热通道的热流体(例如热空气)的可控流率。在另一个示例中，一个或多个控制阻尼器1212连接到烟筒过渡导管1211。
[0150]在一个实施例中，烟筒过渡导管1211是扩充导管结构1215的一部分，其也用来支承热电系统1100。例如，扩充导管结构1215还包括用于提供通过热流体流进行排放的通路的旁路导管。在另一个示例中，烟筒过渡导管1211经由配对法兰1213连接到现有烟筒1210。在另一个实施例中，进入平台1280附连到扩充导管结构1215，以便执行维护和/或维修。例如，自屋顶的梯子1281用来将人向上引导到进入平台1280。
[0151]图14是示出按照本发明的另一个实施例的热电系统的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0152]如图14所示，热电系统1300包括多个模块化热电子系统1310(例如四个模块化热电子系统1110)和多个模块化热电子系统1320(例如四个模块化热电子系统1110)。例如，多个模块化热电子系统1310的每个是模块化热电子系统900，以及多个模块化热电子系统1320的每个是模块化热电子系统900。在另一个示例中，多个模块化热电子系统1310是沿第三方向563堆叠的多个模块化热电子系统900，以及多个模块化热电子系统1320是沿第三方向563堆叠的多个模块化热电子系统900。在又一不例中，模块化热电子系统1310的组合出口组件929电连接到另一个模块化热电子系统1310的组合入口组件921，以及多个模块化热电子系统1310串联电连接。在又一示例中，模块化热电子系统1320的组合出口组件929电连接到另一个模块化热电子系统1320的组合入口组件921，以及多个模块化热电子系统1320串联电连接。
[0153]在一个实施例中，多个模块化热电子系统1310(例如四个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1351 (例如四个风扇或泵结构)，其安装在多个导管结构1353(例如四个导管结构940)的开口，以用于驱动沿第二方向562经过冷通道的冷流体流。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1355(例如四个导管结构)移出多个模块化热电子系统1310。在另一个示例中，多个冷流体风扇和/或泵1351和/或多个导管结构1353是热电系统1300的一个或多个周长部分，以及经过一个或多个周长部分，冷流体流沿第二方向562进入冷通道。
[0154]在另一个实施例中，多个模块化热电子系统1320(例如四个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1352(例如四个风扇或泵结构)，其安装在多个导管结构1354(例如四个导管结构940)的开口，以用于驱动沿与第二方向562相反的方向经过冷通道的冷流体流。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1356(例如四个导管结构)移出多个模块化热电子系统1320。在另一个示例中，多个冷流体风扇和/或泵1352和/或多个导管结构1354是热电系统1300的一个或多个周长部分，以及经过一个或多个周长部分，冷流体流沿与第二方向562相反的方向进入冷通道。
[0155]在又一实施例中,热流体流(例如热空气)沿第一方向561经过多个模块化热电子系统1310和1320的所有热通道向上(例如从烟筒)移动。在又一实施例中，多个模块化热电子系统1310(例如四个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵(例如四个热排气风扇和/或泵)，其安装在多个组合出口组件(例如四个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561(例如从烟筒)的热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件(例如四个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1310。在又一实施例中，多个模块化热电子系统1320(例如四个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵(例如四个热排气风扇和/或泵)，其安装在多个组合出口组件(例如四个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561(例如从烟筒)的热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件(例如四个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1320。
[0156]在又一实施例中，热电系统1300包括两个主要电引线，其连接热电系统1300的所有热电装置组件(例如所有热电装置组件531和532)，以便输出从热能(例如来自流出烟筒的热气体的废热的热能)转换的电能。例如，多个模块化热电子系统900串联电连接。在另一个示例中，两个主要电引线之一是端模块化热电子系统1310的组合入口组件921，以及两个主要电引线之一是端模块化热电子系统1320的组合出口组件929。在又一示例中，另一端模块化热电子系统1310的组合出口组件929电连接到另一端模块化热电子系统1320的组合入口组件921。
[0157]如上所述并且在这里进一步强调，图12和图14只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，热电系统1100仅包括一个模块化热电子系统1110。在另一个不例中，热电系统1100仅包括一个模块化热电单元901。在又一示例中，热电系统1300仅包括一个模块化热电子系统1310并且仅包括一个模块化热电子系统1320。在又一不例中,热电系统1300仅包括两个模块化热电单元901。
[0158]如图2B-2C、图3B、图4B、图10、图11A-11B、图12和/或图14所示，按照某些实施例，热电系统包括多个重复模块化热电单元和/或多个重复模块化热电子系统。例如，例如，模块化热电单元包括多个热侧热交换器、多个冷侧热交换器和多个热电装置组件，其全部能够按照各种置换来设置，以创建多种排放温度和流率的优化系统。在另一个示例中，模块化热电子系统包括多个热侧热交换器、多个冷侧热交换器和多个热电装置组件，其全部能够按照各种置换来设置，以创建多种排放温度和流率的优化系统。
[0159]图15A-15B是示出包括按照本发明的另一个实施例的热电系统1300的热回收系统的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0160]按照一些实施例，热电系统1300用于热回收系统1400中，以及热电系统1300包括多个模块化热电子系统1320。在一个实施例中，多个模块化热电子系统1320(例如四个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵1462(例如四个热排气风扇和/或泵1462)，其安装在多个组合出口组件1480(例如四个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561 (例如从烟筒)的热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件1480(例如四个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1320。在另一个示例中，多个热排气风扇和/或泵1462各为皮带驱动翼式轴流风扇或泵。在又一示例中，多个热排气风扇和/或泵1462各单独被控制(例如经过变频器(VFD))，以操控跨多个组合出口组件(例如四个组合出口组件919)的不均匀流。
[0161]按照实施例，多个模块化热电子系统1310(例如四个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵1461 (例如四个热排气风扇和/或泵1461)，其安装在多个组合出口组件1470(例如四个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561 (例如从烟筒)的热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件1470(例如四个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1310。在另一个示例中，多个热排气风扇和/或泵1461各为皮带驱动翼式轴流风扇或泵。在又一示例中，多个热排气风扇和/或泵1461各单独被控制(例如经过变频器(VFD))，以操控跨多个组合出口组件(例如四个组合出口组件919)的不均匀流。
[0162]如图15A-15B所示，一个或多个控制阻尼器1422设置在多个模块化热电子系统1320的多个组合入口组件(例如四个组合入口组件911)下方，以及一个或多个控制阻尼器1412设置在多个模块化热电子系统1310的多个组合入口组件(例如四个组合入口组件911)下方。例如，一个或多个控制阻尼器1412和1422用来保持经过热通道的热流体的可控流率。在另一个示例中，一个或多个控制阻尼器1412和1422连接到烟筒过渡导管1411。
[0163]在一个实施例中，烟筒过渡导管1411是扩充导管结构1415的一部分，其也用来支承热电系统1300。例如，扩充导管结构1415还包括用于提供通过热流体流进行排放的通路的旁路导管1414。在另一个示例中，烟筒过渡导管1411经由配对法兰1413连接到现有烟筒1410。在另一个实施例中，进入平台1480和1490附连到扩充导管结构1415，以便执行维护和/或维修。例如，自屋顶的梯子1481和1491分别用来将人向上引导到进入平台1480 和 1490。
[0164]如图15A-15B所示，旁路导管1414位于紧靠多个导管结构1355(例如四个导管结构)和多个导管结构1356(例如四个导管结构)的中心区域中。例如，旁路导管1414连接到一个或多个控制阻尼器1424，其又连接到烟筒过渡导管1411。在另一个示例中，一个或多个控制阻尼器1412和1422闭合，使得热流体没有流入多个模块化热电子系统1310和1320的任何热通道中，以及一个或多个控制阻尼器1424开启，使得热流体流流入旁路导管1414 中。
[0165]如上所述并且在这里进一步强调，图10、图11A-11B、图12、图13A-13B、图14和图15A-15B只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，模块化热电子系统的模块化热电单元能够基于特定应用来定制。在另一个示例中，热电系统的模块化热电子系统的数量能够基于特定应用来定制。在又一示例中，对于高温流体流，热电系统中的较大数量的模块化热电单元能够设置成留下用于冷却的充分空间，以便降低热通道必须操控的温度。
[0166]图16A-16B是示出包括按照本发明的又一实施例的热电系统1300的热回收系统的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0167]按照一些实施例，热电系统1300用于热回收系统1500中，以及热电系统1300包括多个模块化热电子系统1320。在一个实施例中，多个模块化热电子系统1320(例如多个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵1562，其安装在多个组合出口组件1580(例如多个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561 (例如从烟筒)的热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件1580 (例如多个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1320。在另一个示例中，多个热排气风扇和/或泵1562各为皮带驱动翼式轴流风扇或泵。在又一示例中，多个热排气风扇和/或泵1562各单独被控制(例如经过变频器(VFD))，以操控跨多个组合出口组件(例如多个组合出口组件919)的不均匀流。
[0168]按照某些实施例，多个模块化热电子系统1310 (例如多个模块化热电子系统900)包括多个热排气风扇和/或泵1561，其安装在多个组合出口组件1570(例如多个组合出口组件919)的开口，以用于保持沿第一方向561(例如从烟筒)的热流体流的预期流率。例如，热流体流然后经由多个组合出口组件1570(例如多个组合出口组件919)移出多个模块化热电子系统1310。在另一个不例中，多个热排气风扇和/或泵1561各为皮带驱动翼式轴流风扇或泵。在又一示例中，多个热排气风扇和/或泵1561各单独被控制(例如经过变频器(VFD))，以操控跨多个组合出口组件(例如多个组合出口组件919)的不均匀流。
[0169]如图16A-16B所示，一个或多个阀(例如阀1530和1532)设置在供应导管1520以及多个模块化热电子系统1320的多个组合入口组件(例如多个组合入口组件911)下方，以及一个或多个阀(例如阀1534和1536)设置在供应导管1510以及多个模块化热电子系统1310的多个组合入口组件(例如多个组合入口组件911)下方。例如，一个或多个阀(例如阀1530、1532、1534和1536)用来控制经过热通道的热流体的流率。在另一个示例中，一个或多个阀(例如阀1530、1532、1534和1536)连接到烟筒过渡导管1511。
[0170]在一个实施例中，烟筒过渡导管1511是扩充导管结构的一部分，其也用来支承热电系统1300。例如，扩充导管结构还包括用于提供通过热流体流进行排放的通路的旁路导管1514。在另一个示例中，烟筒过渡导管1511经由配对法兰连接到现有烟筒。在另一个实施例中，一个或多个进入平台附连到扩充导管结构，以便执行维护和/或维修。例如，自屋顶的一个或多个梯子分别用来将人向上引导到一个或多个进入平台。
[0171]按照一个实施例，旁路导管1514位于紧靠多个导管结构1355和1356以及两个排气导管1516和1526的中心区域中。例如，排气导管1516与旁路导管1514平行或者基本上平行。在另一个示例中，排气导管1526与旁路导管1514平行或者基本上平行。在另一个示例中，旁路导管1514连接到一个或多个阀(例如阀1532和1534)，其又连接到烟筒过渡导管1511。
[0172]在一个实施例中，如图16A所示，阀1530、1532、1534和1536设置成使得热流体经过供应导管1510流入多个模块化热电子系统1310的热通道中，并且经过供应导管1520流入多个模块化热电子系统1320的热通道中，但是热流体没有流入旁路导管1514中。在另一个实施例中，如图16B所示，阀1530、1532、1534和1536设置成使得热流体没有流入供应导管1510和1520的任一个中，并且没有流入多个模块化热电子系统1310和1320的任何热通道中，但是热流体流入旁路导管1514中。
[0173]按照另一个实施例，多个模块化热电子系统1310(例如多个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1351，其安装在多个导管结构1353的开口，以用于沿第二方向562驱动来自供应导管1518的冷流体流经过冷通道。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1355从多个模块化热电子系统1310移入排气导管1516中。在另一个实施例中，多个模块化热电子系统1320(例如多个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1352，其安装在多个导管结构1354的开口，以用于沿与第二方向562相反的方向驱动来自供应导管1524的冷流体流经过冷通道。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1356从多个模块化热电子系统1320移入排气导管1526中。在又一实施例中，热流体流(例如热空气)沿第一方向561经过多个模块化热电子系统1310和1320的所有热通道向上(例如从烟筒)移动。
[0174]如上所述并且在这里进一步强调，图16A-6B只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。例如，冷流体流经由多个导管结构1356从多个模块化热电子系统1320移入旁路导管1514而不是排气导管1526中。在另一个示例中，冷流体流经由多个导管结构1355从多个模块化热电子系统1310移入旁路导管1514而不是排气导管1516中。在又一示例中，去除阀1530、1532、1534和1536，使得供应导管1510和1520各未经任何阀而连接到烟筒过渡导管1511，并且旁路导管1514也未经任何阀而连接到烟筒过渡导管1511，以及旁路导管1514与供应导管1520共享活动侧壁并且与供应导管1510共享另一个活动侧壁，如图17A-17B所示。
[0175]图17A-17B是示出作为包括按照本发明的又一实施例的热电系统1300的热回收系统的部分的旁路导管1514和供应导管1510、1520的简化图。这些简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0176]按照一些实施例，旁路导管1514和供应导管1510、1520是热回收系统1600的部分。按照某些实施例，热回收系统1600也使用与如图16A-16B所示布置相似的热电系统1300。在一个实施例中，供应导管1510和1520各未经任何阀而连接到烟筒过渡导管151，以及旁路导管1514也未经任何阀而连接到烟筒过渡导管1511。例如，供应导管1520包括两个侧壁1630和1632，以及供应导管1510包括两个侧壁1634和1636。在另一个示例中，旁路导管1514与供应导管1520共享侧壁1632，并且与供应导管1510共享侧壁1634。在又一示例中，侧壁1632和1634是可移动的。
[0177]如图17A所示，按照一个实施例，侧壁1630、1632、1634和1636设置成使得热流体经过供应导管1510从烟筒过渡导管1511流动(例如流入多个模块化热电子系统1310的热通道中)，并且经过供应导管1520从烟筒过渡导管1511流动(例如流入多个模块化热电子系统1320的热通道中)，但是热流体没有从烟筒过渡导管1511流入旁路导管1514中。如图17B所示，侧壁1630、1632、1634和1636设置成使得热流体没有从烟筒过渡导管1511流入供应导管1510和1520的任一个，但是热流体从烟筒过渡导管1511流入旁路导管1514。
[0178]按照另一个实施例，多个模块化热电子系统1310(例如多个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1351，其安装在多个导管结构1353的开口，以用于驱动沿第二方向562经过冷通道来自供应导管1518的冷流体流。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1355从多个模块化热电子系统1310移入排气导管1516中。在另一个实施例中，多个模块化热电子系统1320(例如多个模块化热电子系统900)包括多个冷流体风扇和/或泵1352，其安装在多个导管结构1354的开口，以用于驱动沿与第二方向562相反的方向经过冷通道来自供应导管1524的冷流体流。例如，冷流体流然后经由多个导管结构1356从多个模块化热电子系统1320移入排气导管1526中。在又一实施例中，热流体流(例如热空气)沿第一方向561经过多个模块化热电子系统1310和1320的所有热通道向上(例如从烟筒)移动。
[0179]如图16A-16B和/或图17A-17B所示，按照一些实施例，旁路烟筒(例如旁路导管1514)用来在热回收系统离线时使热电系统1300周围的热排放流转向。在一个实施例中，还使用一个或多个阀(例如阀1530、1532、1534和1536)。在另一个实施例中，一个或多个活动转向器翼(例如侧壁1630、632、1634和1636)能够将热排放流定向到热电系统1300或者定向到旁路烟筒(例如旁路导管1514)。例如，一个或多个活动转换器翼定位在下方(例如，热电系统1300的直接或远程上游)。在另一个示例中，一个或多个活动转向器翼包括每个流径的一个或多个翼。
[0180]在又一实施例中，为了降低热回收系统的占用面积，多个模块化热电子系统1310和1320定位在旁路烟筒的周边，其中冷流体流从多个冷流体风扇和/或泵(例如多个冷流体风扇或泵1351或1352)和/或一个或多个供应导管(例如供应导管1514和1524)、从热回收系统外部进入，并且排放到热回收系统的中心。例如，冷流体流的排放进入旁路烟筒(例如旁路导管1514)。在另一个示例中，冷流体流的排放进入一个或多个排气导管(例如排气导管1516和1526)，其与旁路烟筒(例如旁路导管1514)平行延伸。
[0181]参照图1，在常规热电发电系统(例如常规热回收系统4000)中，一个或多个热电装置组件4010通过具有大热阻的充分距离与一个或多个热流体流4042的热流体分子分隔。因此，按照一些实施例，一个或多个热流体流4042中的极少可用热能被传递到一个或多个热电装置组件4010，以及跨一个或多个热电装置组件4010的温度梯度降级。
[0182]图18是示出按照本发明的一些实施例、如图13A-13B、图15A-15B、图16A-16B和/或图17A-17B所示的热回收系统的简化图。这个简图只是示例，而不应当不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员会知道许多变更、备选和修改方案。
[0183]如所示，在热回收系统5000中，一个或多个热电装置组件5010处于热流区域5040中。在一个实施例中，通过允许热流路夹合在经过一个或多个热电装置组件5010的冷流路5082之间，来生成一个或多个热接点和一个或多个冷接点。例如，一个或多个热流体流5042向上移出排气管或烟筒5044，以及热电系统5090基本上放置于排气管或烟筒5044的整个截面面积。在另一个示例中，热流路修改到沿垂直方向(例如从排气管或烟筒5044)的一个或多个受限通道5080。在又一示例中，热流体流分成分别由多个受限通道5080所接收的多个热流体流。
[0184]按照一个实施例，热通道沿水平方向(例如从右到左)通过一个或多个冷通道夹合，从而允许一个或多个冷流体流(例如通过定向漏斗所引导的冷流体)经过。例如，在对应热与冷通道之间，一个或多个热电装置组件安装成正好停留在排气管或烟筒5044的截面面积的中间。按照另一个实施例，热回收系统的这种布局允许一个或多个热电装置组件5010与一个或多个热流体流5042的分子基本上直接交互，因为热通道直接用作传递一个或多个热流体流5042所携带的热能的热交换器。例如，经过冷通道的一个或多个冷流体流5082仍然稳定地对热电装置组件5010的冷正面提供冷却，其能够以极大改进的稳定性、以大许多的温度梯度来保持。在另一个示例中，这种热回收系统中的热电装置组件5010能够以高热电功率密度来设计，以用于适配具有大热应力的高梯度热接点，并且能够以极大改进的效率从废热生成更大电力。
[0185]按照又一实施例，一个或多个模块化热电单元设计成包括单独设置并且夹合在两个冷侧热交换器之间的热侧热交换器。热侧热交换器包括一个以上热通道，其平行设置以用于沿第一方向传送热流体流，并且沿第二方向隔着间隙单独对齐。两个冷侧热交换器的每个包括连续接触板，以沿第二方向共同耦合两个或更多热通道，以用于传送冷流体流。热-冷通道配置产生用于插入两个热电装置(例如两个热电装置组件)的两个热接点。热通道的入口和出口区域的匹配尺寸以及两个冷通道之间的侧到侧距离提供能够沿第三方向(其与第一方向和第二方向垂直)扩大的模块化单元。
[0186]按照又一实施例，提供一种便于组装到用于包括从废热的电力生成的各种应用的系统的模块化单元。该模块化单元包括便于沿至少两个方向相互堆叠的简化立方体轮廓。另外，该模块化单元至少包括用于传送加热流的热通道以及用于传送冷却流的冷通道，从而保持具有基本上稳定的温度梯度的接点。该模块化单元还至少包括热电装置(例如热电装置组件)，其夹合在热通道与冷通道之间，并且配置成通过利用跨接点的温度梯度来生成电力。此外，模块化单元配置成对齐沿第一方向的热通道以及沿第二方向的冷通道，第二方向是与第一方向相反或相同的方向或者是与第一方向垂直的方向。此外，该模块化单元配置成沿第一方向和第二方向以及还沿第三方向堆叠，第三方向垂直于第一方向和第二方向。
[0187]按照又一实施例，提供一种用于各种热电热回收应用的模块化热电单元。该模块化单元包括第一热交换器，其中包括两个或更多第一通道，各配置用于沿第一方向传送加热流体流，并且各沿第二方向彼此平行地靠近设置。第二方向与第一方向垂直。该模块单元还包括两个第二热交换器，其分别包括第二通道以及平行设置的第三通道以用于沿第二方向传送冷却流体流。每一个第一通道配置成至少具有完全设置在第二通道的第一接触面与第三通道的第三接触面之间的中间区域。第二通道配置成具有面向第三方向(其与第一垂直和第二方向垂直)的第二接触面。第三通道基本上与第二通道相同，并且配置成具有面向第四方向(其与第三方向相反)的第四接触面。该模块化单元还包含夹合在第一接触面与第一通道的第一侧之间的第一热电装置(例如热电装置组件)以及夹合在第三接触面与第一通道的第二侧之间的第二热电装置(例如热电装置组件)。第二热电装置配置为电耦合到第一热电装置。该模块化单元还包括耦合到第一热电装置的至少一个第一电引线以及耦合到第二热电装置的至少一个第二电引线。
[0188]按照又一实施例，该模块化单元包括第一热界面材料，其设置在第一通道的第一或第二侧分别与第一或第二热电装置的热侧之间。此外，该模块化单元包括第二热界面材料，其设置在第二或第三通道的第一或第三接触面分别与第一或第二热电装置的冷侧之间。在一具体实施例中，第二或第三通道通过从冷侧压缩到热侧的螺栓与各第一通道的第一或第二侧保持固定，从而允许良好热接触在热电装置的热或冷侧之间分别与第一或第二热交换器的对应接触面形成。热电装置配置成将热梯度转换为电能，作为用于回收废热的解决方案之一。此外，模块化单元包括绝缘材料，其设置在第一通道分别与第二或第三通道之间的任何接触区域。
[0189]按照又一实施例，第一通道包括将入口区域(例如入口组件)与中间区域(例如中间组件)连接的第三过渡区域(例如过渡组件)以及将出口区域(例如出口组件)与中间区域(例如中间组件)连接的第二过渡区域(例如过渡组件)。第一过渡区域和第二过渡针式是形状基本上相似的导管，其中具有从入口或出口区域分别朝中间区域的减小截面。在一具体实施例中，入口或出口区域具有矩形成形截面，其中长度沿第二方向对齐，以及沿第三方向的宽度限定模块化单元的模块宽度。模块宽度配置成基本上等于从第二通道的第二接触面到第三通道的第四接触面的距离。在又一具体实施例中，模块化单元具有模块长度，其是第一通道的入口或出口区域的长度加上两个相邻第一通道之间的任何间隙的倍数。模块长度基本上等于第二通道或第三通道沿第二方向的长度。
[0190]按照又一实施例，提供一种用于热回收的子系统。该子系统由多个模块化单元来堆叠。各模块化单元包括设置在两个基本上相同的第二热交换器之间的第一热交换器。第一热交换器至少包括沿第一方向的第一通道，其配置用于使第一温度下的流体流通过，以及两个第二热交换器分别包括均沿第二方向的第二和第三通道，其配置用于使第二温度下的流体流通过。第二方向与第一方向垂直，以及第二温度低于第一温度。第一通道至少包括中间区域，具有第一侧板和第二侧板，其与第二方向平行地设置，并且配置成分别耦合第一热电装置和第二热电装置(例如与第一热电装置基本上相同)。第一或第二热电装置包括形成与第一通道的第一或第二侧板的热接触的热侧端子以及形成分别与第二或第三通道的第一或第三接触面的热接触的第二冷侧端子。第二或第三通道包括第二或第四接触面，其沿第三方向(其与第一方向和第二方向垂直)面向外面或者与第三方向相反。模块化单元配置成将第二通道设置成接触相邻模块化单元的第三通道，以当多个模块化单元沿第三方向来堆叠时形成第一公共入口区域(例如组合入口组件)和第一公共出口区域(例如组合出口组件)。模块化单元还配置成设置所有第一通道，以当多个模块化单元沿第三方向来堆叠时形成第二公共入口区域和第二公共出口区域。
[0191]按照又一实施例，子系统包括排气风扇或泵，其耦合到第二公共出口区域，以用于保持第一温度下的流体流的流率。各第一通道包括多个鳍片结构，其至少设置在沿第一方向对齐的中间区域中，以用于增强促进从第一温度下的流体流到第一热电装置的热侧端子的热传递的热接触面积。第二通道和第三通道的每个还包括沿第二方向对齐的多个鳍片结构，以用于增强促进从冷侧端子到第二温度下的流体流的热传递的热接触面积。根据系统偏好，子系统包括第一框架结构，以便将多个模块化单元保持堆叠在一起，并且允许单独模块化单元被移开或更换。此外，子系统可选地包括第二框架结构，其配置成保持第一框架结构，并且允许第一框架结构从第二框架结构部分滑出，使得维护或更换工作能够对其中的任何或全部模块化单元执行。
[0192]按照又一实施例，提供一种用于制作配置为组装到子系统以用于将废热转换成有用能量的模块化热电单元的方法。该方法包括提供第一热交换器，其包含两个或更多第一通道以用于沿第一方向传送热流体流。两个或更多第一通道配置为沿第二方向对齐，以使各第一通道的相对侧的接触板分别齐平。第二方向与第一方向垂直。该方法还包括提供各具有热侧端子和冷侧端子的两个热电装置(例如两个热电装置组件)。另外，该方法包括分别附连两个热侧端子以与各第一通道的相对侧的两个齐平接触板相接触。该方法还包括提供各包括沿第二方向的第二通道以用于传送冷流体流的两个第二热交换器。此外，该方法包括通过将各第二通道分别耦合到两个热电装置的每个的冷侧端子，以具有通过两个热接点所夹合的两个或更多第一通道，来设置两个第二热交换器。
[0193]按照又一实施例，该方法包括将两个或更多第一通道和两个第二通道配置成形成模块化单元，其具有由第一通道所限定的高度并且由第二通道所给定的长度以及由第一通道的相对侧的两个第二通道的两个外板之间的距离所给定的宽度。模块化单元能够通过将一个模块化单元的第二通道与相邻模块化单元的另一个第二通道接合沿第三方向来堆叠，以形成子系统。第三方向垂直于沿第一通道的第一方向和沿第二通道的第二方向。另外，通过与另一个模块化单元沿第二方向耦合以将一个单元的第二通道连接到另一个单元的第二通道，模块化单元的长度能够扩大。
[0194]根据各个实施例，一个或多个有益效果能够采用热回收系统的模块化设计来实现。本发明的某些实施例提供一种热电模块化设计，其允许大范围的热源随单个设计被利用，因而允许对于热回收、热电发电和/或热电冷却的应用中的多种系统是可缩放的模块的高容量、低成本制造。本发明的一些实施例为可缩放模块化热回收单元提供经由连续冷却散热器的增强热接触面积，以便沿垂直方向与来自两个或更多堆叠热流体通道的散热器耦合，因而降低成本，避免复杂电和液压连接，并且改进热电模块(例如模块化热电单元)的机械结构完整性。本发明的某些实施例能够将冷却散热器保持在两个外部位置，使得用于耦合它们的螺栓能够保持为冷却，同时通过将热流体通道保持在中间位置来降低热损耗并且消除某些材料。本发明的一些实施例使得组装热电模块化单元本身并且将多个模块化单元堆叠在一起以形成具有预期尺寸并且还能够扩大以形成定制热回收系统的大模块组合件或热电子系统是简单的。例如，热电子系统需要用于多个模块化单元的一个排气风扇或泵和一个冷却风扇或泵，并且子系统中的各模块化单元易于接近以便维护和更换。本发明的某些实施例将具有增强热电效率并且基本上降低的制造成本的基于纳米结构的热电装置用于包括工业燃烧过程的各种热回收应用。
[0195]按照另一个实施例，一种用于生成电力的设备包括一个或多个第一组件，其配置成从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置。第一流体流沿第一方向。另外，该设备包括一个或多个第二组件，其配置成把来自一个或多个装置的热量传递到第二温度下的至少第二流体流。第二温度低于第一温度，以及第二流体流沿第二方向。第一流体流的各第一部分对应于到一个或多个装置的第一最短距离，以及第一最短距离小于第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半。第一截面垂直于第一方向。第二流体流的各第二部分对应于到一个或多个装置的第二最短距离，以及第二最短距离小于第二流体流的对应第二截面的总自由流动面积的平方根的一半。第二截面垂直于第二方向。例如，该设备按照至少图6A-6D来实现。
[0196]在另一个不例中，第一方向随第一流体流的移动而改变。在又一不例中，第一方向是固定的，而与第一流体流的移动无关。在又一示例中，第二方向随第二流体流的移动而改变。在又一示例中，第二方向是固定的，而与第二流体流的移动无关。在又一示例中，一个或多个第一组件包括第一热交换器，以及一个或多个第二组件包括第二热交换器。在又一示例中，一个或多个装置是一个或多个热电装置。在又一个示例中，一个或多个热电装置的每个包括至少一个热电材料。
[0197]按照又一实施例，一种热电设备包括:一个或多个第一通道，配置成接收第一温度下的第一流体流的一个或多个第一部分；以及一个或多个第二通道，配置成接收第二温度下的第二流体流的一个或多个部分。第二温度低于第一温度。另外，该设备包括一个或多个第三通道，其配置成接收第一流体流的一个或多个第二部分，以及一个或多个第三通道通过至少一个或多个第二通道与一个或多个第一通道分隔。此外，该设备包括:一个或多个第一热电材料，位于一个或多个第一通道与一个或多个第二通道之间；以及一个或多个第二通道，并且一个或多个第二热电材料位于一个或多个第二通道与一个或多个第三通道之间。例如，该设备按照至少图2B-2C、图3A-3B、图4B、图10、图11A-11B、图12、图14和/或图18来实现。
[0198]在另一个示例中，一个或多个第一通道是第一热交换器的一个或多个部分，一个或多个第二通道是第二热交换器的一个或多个部分，以及一个或多个第三通道是第三热交换器的一个或多个部分。第一热交换器和第三热交换器通过至少第二热交换器来分隔。在又一示例中，一个或多个第一热电材料位于第一热交换器与第二热交换器之间，以及一个或多个第二热电材料位于第二热交换器与第三热交换器之间。在又一示例中，一个或多个第一通道是第一热交换器的一个或多个部分。一个或多个第二通道包括多个通道。多个通道的至少一个是第二热交换器的至少一部分，以及多个通道的至少另一个是第三热交换器的至少一部分。一个或多个第三通道是第四热交换器的一个或多个部分。在又一示例中，第一热交换器和第四热交换器通过至少第二热交换器和第三热交换器来分隔。在又一示例中，第二热交换器和第三热交换器相互接触。在又一示例中，第一热交换器和第二热交换器是第一模块化热电单元的部分，以及第三热交换器和第四热交换器是第二模块化热电单元的部分。在又一示例中，一个或多个第一热电材料位于第一热交换器与第二热交换器之间，以及一个或多个第二热电材料位于第三热交换器与第四热交换器之间。在又一不例中，一个或多个第一热电材料没有与一个或多个第一通道或者一个或多个第二通道直接接触，以及一个或多个第二热电材料没有与一个或多个第二通道或者一个或多个第三通道直接接触。在又一示例中，一个或多个第二通道还配置成接收第二流体流的所有部分。
[0199]按照又一实施例，一种热回收系统包括:热电设备；第一导管，耦合到热电设备；以及第二导管，没有耦合到热电设备。第一导管和第二导管均连接到第三导管，并且配置成在第二导管没有接收第一流体流时由第一导管从第三导管接收第一温度下的第一流体流，并且在第一导管没有接收第一流体流时由第二导管从第三导管接收第一流体流。该热电设备配置成接收第二温度下的至少第二流体流。第二流体流沿第一方向从热电设备的一个或多个第一周长部分移入热电设备中。第一方向朝向第二导管，以及第二温度低于第一温度。另外，该热电设备配置成将第二流体流排放到第四导管中，以及第四导管是第二导管或者与第二导管基本上平行。例如，该设备按照至少图13A-13B、图15A-15B、图16A-16B和/或图17A-17B来实现。
[0200]在另一个实施例中，热电设备还配置成接收第二温度下的第三流体流。第三流体流沿第二方向从热电设备的一个或多个第二周长部分移入热电设备中，以及第二方向朝向第二导管。另外，热电设备还配置成将第三流体流排放到第五导管中。第五导管是第二导管或者与第二导管基本上平行。在又一示例中，第二方向与第一方向相反。在又一示例中，热回收系统包括第五导管，其耦合到热电设备，并且连接到第三导管。第五导管和第二导管配置成在第二导管没有接收第三流体流时由第五导管从第三导管接收第一温度下的第三流体流，以及在第五导管没有接收第三流体流时由第二导管从第三导管接收第三流体流。在又一示例中，第一导管和第二导管共享第一侧壁，以及第二导管和第五导管共享第二侧壁。第一侧壁和第二侧壁配置成分别移动到第一位置和第二位置，以便将第一流体流提供给第一导管而不是提供给第二导管，并且以便将第三流体流提供给第五导管而不是提供给第二导管。另外，第一侧壁和第二侧壁配置成分别移动到第三位置和第四位置，以便将第一流体流和第三流体流提供给第二导管而不是提供给第一导管也不是提供给第五导管，其中第一流体流和第三流体流由第二导管作为一个流体流一起接收。在又一示例中，热电设备是热电系统。在又一示例中，第一导管是第一烟筒，第二导管是第二烟筒，以及第三导管是第三烟筒。在又一示例中，热电设备还配置成经过第五导管将第二流体流排放到第四导管中。在又一示例中，热电设备还配置成将第二流体流排放到第四导管中，以及第四导管与第二导管平行。
[0201]按照又一实施例，一种热电设备包括:第一热交换器，配置成将热量传递到第一温度下的第一流体流或者从其中提取热量；以及第二热交换器，配置成从第二温度下的第二流体流提取热量或者向其中传递热量。第二温度不同于第一温度。另外，该设备包括第三热交换器，其配置成将热量传递到第一温度下的第三流体流或者从其中提取热量，以及第三热交换器通过至少第二热交换器与第一热交换器分隔。此外，该设备包括:一个或多个第一热电材料，夹合在第一热交换器与第二热交换器之间；一个或多个第二热电材料，夹合在第二热交换器与第三热交换器之间；以及一个或多个组件，从第一热交换器延伸到第三热交换器，而没有与第二热交换器进行任何热接触。一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料位于第一热交换器与第三热交换器之间，以及一个或多个组件配置成将一个或多个压缩力施加到至少一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料。例如，该设备按照至少图9来实现。
[0202]在另一个示例中，一个或多个组件没有与一个或多个第一热电材料进行任何热接触，并且没有与一个或多个第二热电材料进行任何热接触。在又一示例中，第二温度高于第一温度。在又一示例中，第二温度低于第一温度。在又一示例中，一个或多个第一热电材料没有与第一热交换器或第二热交换器直接接触，以及一个或多个第二热电材料没有与第二热交换器或第三热交换器直接接触。在又一示例中，一个或多个组件包括一个或多个螺栓，其从第一热交换器延伸到第三热交换器，而没有与第二热交换器进行任何热接触。
[0203]按照又一实施例，一种用于生成电力的方法包括从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置。第一流体流沿第一方向。另夕卜，该方法包括将热量传递到第二温度下的至少第二流体流。第二温度低于第一温度，以及第二流体流沿第二方向。第一流体流的各第一部分对应于到一个或多个装置的第一最短距离，以及第一最短距离小于第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半。第一截面垂直于第一方向。第二流体流的各第二部分对应于到一个或多个装置的第二最短距离，以及第二最短距离小于第二流体流的对应第二截面的总自由流动面积的平方根的一半。第二截面垂直于第二方向。例如，该方法按照至少图6A-6D来实现。在另一个示例中，一个或多个装置是一个或多个热电装置。
[0204]按照又一实施例，一种用于生成电力的热电方法包括由一个或多个第一通道接收第一温度下的第一流体流的一个或多个第一部分，以及由一个或多个第二通道接收第二温度下的第二流体流的一个或多个部分。第二温度低于第一温度。另外，该方法包括由一个或多个第三通道接收第一流体流的一个或多个第二部分。一个或多个第三通道通过至少一个或多个第二通道与一个或多个第一通道分隔。此外，该方法包括由至少一个或多个第一热电材料和一个或多个第二热电材料来生成电力。一个或多个第一热电材料位于一个或多个第一通道与一个或多个第二通道之间，以及一个或多个第二热电材料位于一个或多个第二通道与一个或多个第三通道之间。例如，该方法按照至少图2B-2C、图3A-3B、图4B、图10、图11A-11B、图12、图14和/或图18来实现。
[0205]按照又一实施例，一种用于热回收的方法包括在第二导管没有接收第一流体流时，由第一导管从与第一导管和第二导管连接的第三导管接收第一温度下的第一流体流。+第一导管耦合到热电设备，以及第二导管没有耦合到热电设备。另外，该方法包括在第一导管没有接收第一流体流时，由第二导管从第三导管接收第一流体流。此外，该方法包括由热电设备接收第二温度下的至少第二流体流，以及第二流体流沿第一方向从热电设备的一个或多个第一周长部分移入热电设备中。第一方向朝向第二导管，以及第二温度低于第一温度。另外，该方法包括由热电设备将第二流体流排放到第四导管中。第四导管是第二导管或者与第二导管基本上平行。例如，该方法按照至少图13A-13B、图15A-15B、图16A-16B和/或图17A-17B来实现。
[0206]按照又一实施例,一种用于热电转换的方法包括由第一热交换器将热量传递到第一温度下的第一流体流或者从其中抽取热量，以及由第二热交换器从第二温度下的第二流体流提取热量或者向其中传递热量。第二温度不同于第一温度。另外，该方法包括由第三热交换器将热量传递到第一温度下的第三流体流或者从其中提取热量，以及第三热交换器通过至少第二热交换器与第一热交换器分隔。此外，该方法包括由一个或多个组件将一个或多个压缩力施加到至少一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料。一个或多个第一热电材料夹合在第一热交换器与第二热交换器之间，以及一个或多个第二热电材料夹合在第二热交换器与第三热交换器之间。一个或多个第一热电材料、第二热交换器和一个或多个第二热电材料位于第一热交换器与第三热交换器之间。用于由一个或多个组件施加一个或多个压缩力的过程包括将一个或多个组件从第一热交换器延伸到第三热交换器，而没有与第二热交换器进行任何热接触。例如，该方法至少按照图9来实现。
[0207]在另一个示例中，用于由一个或多个组件施加一个或多个压缩力的过程包括将一个或多个组件从第一热交换器延伸到第三热交换器，而没有与一个或多个第一热电材料进行任何热接触，并且没有与一个或多个第二热电材料进行任何热接触。在又一示例中，一个或多个组件包括螺栓。
[0208]虽然描述了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员将会理解，存在与所述实施例等效的其它实施例。例如，本发明的各个实施例和/或示例能够相结合。相应地，要理解，本发明并不受具体所示实施例限制，而是仅受到所附权利要求书的范围限制。
【权利要求】
1.一种用于生成电力的设备，所述设备包括: 一个或多个第一组件，配置成从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置，所述第一流体流沿第一方向；以及 一个或多个第二组件，配置成将热量从所述一个或多个装置传递到第二温度下的至少第二流体流，所述第二温度低于所述第一温度，所述第二流体流沿第二方向； 其中: 所述第一流体流的各第一部分对应于到所述一个或多个装置的第一最短距离，所述第一最短距离小于所述第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半，所述第一截面与所述第一方向垂直；以及 所述第二流体流的各第二部分对应于到所述一个或多个装置的第二最短距离，所述第二最短距离小于所述第二流体流的对应第二截面的总自由流动面积的平方根的一半，所述第二截面与所述第二方向垂直。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一方向随所述第一流体流的移动而改变。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一方向是固定的，而与所述第一流体流的移动无关。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二方向随所述第二流体流的移动而改变。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述第二方向是固定的，而与所述第二流体流的移动无关。
6.如权利要求1所述的设备，其中: 所述一个或多个第一组件包括第一热交换器；以及 所述一个或多个第二组件包括第二热交换器。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个装置是一个或多个热电装置。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述一个或多个热电装置的每个包括至少一个热电材料。
9.一种热电设备，所述设备包括: 一个或多个第一通道，配置成接收第一温度下的第一流体流的一个或多个第一部分；一个或多个第二通道，配置成接收第二温度下的第二流体流的一个或多个部分，所述第二温度低于所述第一温度； 一个或多个第三通道，配置成接收所述第一流体流的一个或多个第二部分，所述一个或多个第三通道通过至少所述一个或多个第二通道与所述一个或多个第一通道分隔； 一个或多个第一热电材料，位于所述一个或多个第一通道与所述一个或多个第二通道之间；以及 一个或多个第二热电材料，位于所述一个或多个第二通道与所述一个或多个第三通道之间。
10.如权利要求9所述的热电设备，其中: 所述一个或多个第一通道是第一热交换器的一个或多个部分； 所述一个或多个第二通道是第二热交换器的一个或多个部分；以及 所述一个或多个第三通道是第三热交换器的一个或多个部分； 其中所述第一热交换器和所述第三热交换器通过至少所述第二热交换器来分隔。
11.如权利要求10所述的热电设备，其中: 所述一个或多个第一热电材料位于所述第一热交换器与所述第二热交换器之间；以及 所述一个或多个第二热电材料位于所述第二热交换器与所述第三热交换器之间。
12.如权利要求9所述的热电设备，其中: 所述一个或多个第一通道是第一热交换器的一个或多个部分； 所述一个或多个第二通道包括多个通道，所述多个通道的至少一个是第二热交换器的至少一部分，所述多个通道的至少另一个是第三热交换器的至少一部分；以及所述一个或多个第三通道是第四热交换器的一个或多个部分。
13.如权利要求12所述的热电设备，其中，所述第一热交换器和所述第四热交换器通过至少所述第二热交换器和所述第三热交换器来分隔。
14.如权利要求12所述的热电设备，其中，所述第二热交换器和所述第三热交换器相互接触。
15.如权利要求12所述的热电设备，其中: 所述第一热交换器和所述第二热交换器是第一模块化热电单元的部分；以及 所述第三热交换器和所述第四热交换器是第二模块化热电单元的部分。
16.如权利要求12所述的热电设备，其中: 所述一个或多个第一热电材料位于所述第一热交换器与所述第二热交换器之间；以及 所述一个或多个第二热电材料位于所述第三热交换器与所述第四热交换器之间。
17.如权利要求9所述的热电设备，其中: 所述一个或多个第一热电材料没有与所述一个或多个第一通道或者所述一个或多个第二通道直接接触；以及 所述一个或多个第二热电材料没有与所述一个或多个第二通道或者所述一个或多个第三通道直接接触。
18.如权利要求9所述的热电设备，其中，所述一个或多个第二通道还配置成接收所述第二流体流的所有部分。
19.一种热回收系统,所述系统包括: 热电设备； 第一导管，耦合到所述热电设备； 第二导管，没有耦合到所述热电设备； 其中所述第一导管和所述第二导管均连接到第三导管，并且配置成在所述第二导管没有接收所述第一流体流时由所述第一导管从所述第三导管接收第一温度下的第一流体流，并且在所述第一导管没有接收所述第一流体流时由所述第二导管从所述第三导管接收所述第一流体流； 其中所述热电设备配置成: 接收第二温度下的至少第二流体流，所述第二流体流沿第一方向从所述热电设备的一个或多个第一周长部分移入所述热电设备中，所述第一方向朝向所述第二导管，所述第二温度低于所述第一温度；以及 将所述第二流体流排放到第四导管中，所述第四导管是所述第二导管或者与所述第二导管基本上平行。
20.如权利要求19所述的热回收系统，其中，所述热电设备还配置成: 接收所述第二温度下的至少第三流体流，所述第三流体流沿第二方向从所述热电设备的一个或多个第二周长部分移入所述热电设备中，所述第二方向朝向所述第二导管；以及将所述第三流体流排放到第五导管中，所述第五导管是所述第二导管或者与所述第二导管基本上平行。
21.如权利要求20所述的热回收系统，其中，所述第二方向与所述第一方向相反。
22.如权利要求19所述的热回收系统，并且还包括: 第五导管，耦合到所述热电设备，并且连接到所述第三导管； 其中所述第五导管和所述第二导管配置成在所述第二导管没有接收所述第三流体流时由所述第五导管从所述第三导管接收所述第一温度下的第三流体流，以及在所述第五导管没有接收所述第三流体流时由所述第二导管从所述第三导管接收所述第三流体流。
23.如权利要求22所述的热回收系统，其中: 所述第一导管和所述第二导管共享第一侧壁；以及 所述第二导管和所述第五导管共享第二侧壁； 其中所述第一侧壁和所述第二侧壁配置成: 分别移动到第一位置和第二位置，以便将所述第一流体流提供给所述第一导管而不是提供给所述第二导管，并且以便将所述第三流体流提供给所述第五导管而不是提供给所述第二导管；以及 分别移动到第三位置和第四位置，以便将所述第一流体流和所述第三流体流提供给所述第二导管而不是提供给所述第一导管也不是提供给所述第五导管，所述第一流体流和所述第三流体流由所述第二导管作为一个流体流一起接收。
24.如权利要求19所述的热回收系统，其中，所述热电设备是热电系统。
25.如权利要求19所述的热回收系统，其中: 所述第一导管是第一烟筒； 所述第二导管是第二烟筒；以及 所述第三导管是第三烟筒。
26.如权利要求19所述的热回收系统，其中，所述热电设备还配置成经过第五导管将所述第二流体流排放到所述第四导管中。
27.如权利要求19所述的热回收系统，其中，所述热电设备还配置成将所述第二流体流排放到第四导管中，所述第四导管与所述第二导管平行。
28.—种热电设备,所述设备包括: 第一热交换器，配置成将热量传递到第一温度下的第一流体流或者从其中提取热量；第二热交换器，配置成从第二温度下的第二流体流提取热量或者向其中传递热量，所述第二温度不同于所述第一温度； 第三热交换器，配置成将热量传递到所述第一温度下的第三流体流或者从其中提取热量，所述第三热交换器通过至少所述第二热交换器与所述第一热交换器分隔； 一个或多个第一热电材料，夹合在所述第一热交换器与所述第二热交换器之间； 一个或多个第二热电材料，夹合在所述第二热交换器与所述第三热交换器之间；以及 一个或多个组件，从所述第一热交换器延伸到所述第三热交换器，而没有与所述第二热交换器进行任何热接触； 其中: 所述一个或多个第一热电材料、所述第二热交换器和所述一个或多个第二热电材料位于所述第一热交换器与所述第三热交换器之间；以及 所述一个或多个组件配置成将一个或多个压缩力施加到至少所述一个或多个第一热电材料、所述第二热交换器和所述一个或多个第二热电材料。
29.如权利要求28所述的热电设备，其中，所述一个或多个组件没有与所述一个或多个第一热电材料进行任何热接触，并且没有与所述一个或多个第二热电材料进行任何热接触。
30.如权利要求28所述的热电设备，其中，所述第二温度高于所述第一温度。
31.如权利要求28所述的热电设备，其中，所述第二温度低于所述第一温度。
32.如权利要求28所述的热电设备，其中: 所述一个或多个第一热电材料没有与所述第一热交换器或者所述第二热交换器直接接触；以及 所述一个或多个第二热电材料没有与所述第二热交换器或者所述第三热交换器直接接触。
33.如权利要求28所述的热电设备，其中，所述一个或多个组件包括一个或多个螺栓，其从所述第一热交换器延伸到所述第三热交换器，而没有与所述第二热交换器进行任何热接触。
34.—种用于生成电力的方法,所述方法包括: 从第一温度下的至少第一流体流将热量提取到配置成将热能转换成电能的一个或多个装置，所述第一流体流沿第一方向；以及 将热量传递到第二温度下的至少第二流体流，所述第二温度低于所述第一温度，所述第二流体流沿第二方向； 其中: 所述第一流体流的各第一部分对应于到所述一个或多个装置的第一最短距离，所述第一最短距离小于所述第一流体流的对应第一截面的总自由流动面积的平方根的一半，所述第一截面与所述第一方向垂直；以及 所述第二流体流的各第二部分对应于到所述一个或多个装置的第二最短距离，所述第二最短距离小于所述第二流体流的对应第二截面的总自由流动面积的平方根的一半，所述第二截面与所述第二方向垂直。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述一个或多个装置是一个或多个热电装置。
36.一种用于生成电力的热电方法,所述方法包括: 由一个或多个第一通道接收第一温度下的第一流体流的一个或多个第一部分； 由一个或多个第二通道接收第二温度下的第二流体流的一个或多个部分，所述第二温度低于所述第一温度； 由一个或多个第三通道接收所述第一流体流的一个或多个第二部分，所述一个或多个第三通道通过至少所述一个或多个第二通道与所述一个或多个第一通道分隔；以及 由至少一个或多个第一热电材料和一个或多个第二热电材料来生成电力，所述一个或多个第一热电材料位于所述一个或多个第一通道与所述一个或多个第二通道之间，所述一个或多个第二热电材料位于所述一个或多个第二通道与所述一个或多个第三通道之间。
37.一种用于热回收的方法，所述方法包括: 如果所述第二导管没有接收第一流体流，则由第一导管从连接到所述第一导管和第二导管的第三导管接收第一温度下的所述第一流体流，所述第一导管耦合到热电设备，所述第二导管没有耦合到所述热电设备； 如果所述第一导管没有接收所述第一流体流，则由所述第二导管从所述第三导管接收所述第一流体流； 由所述热电设备接收第二温度下的至少第二流体流，所述第二流体流沿第一方向从所述热电设备的一个或多个第一周长部分移入所述热电设备中，所述第一方向朝向所述第二导管，所述第二温度低于所述第一温度；以及 由所述热电设备将所述第二流体流排放到第四导管中，所述第四导管是所述第二导管或者与所述第二导管基本上平行。
38.一种用于热电转换的方法，所述方法包括: 由第一热交换器将热量传递到第一温度下的第一流体流或者从其中提取热量； 由第二热交换器从第二温度下的第二流体流提取热量或者向其中传递热量，所述第二温度不同于所述第一温度； 由第三热交换器将热量传递到所述第一温度下的第三流体流或者从其中提取热量，所述第三热交换器通过至少所述第二热交换器与所述第一热交换器分隔；以及 由一个或多个组件将一个或多个压缩力施加到至少一个或多个第一热电材料、所述第二热交换器和一个或多个第二热电材料，所述一个或多个第一热电材料夹合在所述第一热交换器与所述第二热交换器之间，所述一个或多个第二热电材料夹合在所述第二热交换器与所述第三热交换器之间，所述一个或多个第一热电材料、所述第二热交换器和所述一个或多个第二热电材料位于所述第一热交换器与所述第三热交换器之间； 其中用于由一个或多个组件施加一个或多个压缩力的过程包括将所述一个或多个组件从所述第一热交换器延伸到所述第三热交换器，而没有与所述第二热交换器进行任何热接触。
39.如权利要求38所述的方法，其中，用于由一个或多个组件施加一个或多个压缩力的过程包括将所述一个或多个组件从所述第一热交换器延伸到所述第三热交换器，而没有与所述一个或多个第一热电材料进行任何热接触，并且没有与所述一个或多个第二热电材料进行任何热接触。
40.如权利要求38所述的方法，其中，所述一个或多个组件包括一个或多个螺栓。
【文档编号】H01L35/02GK104205382SQ201380016304
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年1月25日
【发明者】亚当·洛里默, 马修·L·斯卡林, 什拉凡·库马尔·R·苏拉, 克里斯多佛·哈内曼 申请人:阿尔法贝特能源公司