从热能源产生电能的热电设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及把热能转换成电能的设备和方法。
【背景技术】
[0002] 诸如膝上型计算机、平板计算机、电子书阅读器、智能电话机、MP3播放器之类的便 携式电子设备已在我们的日常生活中变得无处不在，使用户能够在行进中获得他们的数据 (文件、照片、音乐、电子书、视频）。一般，这种便携式电子设备配有可再充电电源（例如， 可再充电电池）。在一些情况下，由于这种电子设备的可携带性，利用电网电力对这种电子 设备充电并不总是可能或者可行。对便携式电子设备的离网或野外充电来说，常规的发电 设备（例如，基于内燃机的发电机和/或可再生分布式发电机）并非最佳，因为常规的发电 设备包括活动组件，所述活动组件使常规的发电设备更复杂、不太便携、成本高、并且通常 具有高附加载荷，以便适合于低发电。这里说明的例子可解决常规的离网发电设备的一些 或所有缺陷。
【附图说明】
[0003] 下面提供附图的简要说明，以便于理解本公开。这些附图仅仅描述了按照本公开 的几个例子，于是，不应被视为对本公开范围的限制。通过利用附图，将具体并且详细地说 明本公开，附图中：
[0004] 图1是按照本公开的设备的第一实施例的等距视图。
[0005] 图2是图1中的设备的侧视图。
[0006] 图3是图1中的设备的顶视图。
[0007] 图4是沿着图1中的线4-4获得的图1-3中的设备的横截面图。
[0008] 图5是图4中的横截面的局部放大视图。
[0009] 图6是按照本公开的TEG模块的简化例示。
[0010] 图7A-7C是按照本公开的TEG模块的实施例的平面图和侧视图。
[0011] 图8A-8C是按照本公开的TEG模块的备选实施例的平面图和侧视图。
[0012] 图9是按照本公开的设备的TEG装置和散热组件之间的界面的另一个例子的例 /_J、i〇
[0013] 图10是按照本公开的功率变换器的电路图。
[0014] 图11是按第一种备选结构表示的图1中的设备的等距视图。
[0015] 图12是图11中的设备的侧视图。
[0016]图13是图11中的设备的顶视图。
[0017]图14是按第二种备选结构表示的图1中的设备的等距视图。
[0018] 图15是按第三种备选结构表示的图1中的设备的等距视图。
[0019] 图16是供热能的多种不同来源使用的多种不同结构的按照本公开的设备的例 /_J、i〇
[0020] 图17是包括光伏电池的按照本公开的设备的例示。
[0021] 图18是按照本公开的设备的第二实施例的等距视图。
[0022] 图19是图18中的设备的等距分解图。
[0023] 图20是图18中的设备的侧视图。
[0024] 图21是图18中的设备的局部侧视分解图。
[0025] 图22A和22B是按照本公开的导热部件（TCM)的两个实施例的等距视图。
[0026] 图23是按第一种备选结构表示的图18中的设备的等距视图。
[0027] 图24是按第二种备选结构表示的图18中的设备的等距视图。
[0028] 图25是按第三种备选结构表示的图18中的设备的等距视图。
[0029] 图26-30是按第四备选（例如，紧凑或低剖面）结构表示的图18中的设备的顶视 图、底视图、后视图、侧视图和正视图。
[0030] 图31是按照本公开的模块系统的方框图。
[0031] 图32是按照本公开的设备的第三实施例的等距底视图。
【具体实施方式】
[0032] 在下面的详细说明中，参考构成所述说明的一部分的附图。附图中，相同的附图标 记一般识别相同的组件，除非上下文另有说明。在详细说明中说明和在附图中描述的例证 性例子并不是限制性的。可以利用其它例子，可以作出其它变化，而不脱离这里介绍的主题 的精神或范围。易于理解可按这里隐含设想的各种不同结构，布置、替换、组合、分离和设计 这里概述并在附图中图解说明的本公开的各个方面。
[0033] 说明了用于把热能转换成电能，以便向便携式电子设备提供电能的设备的例子。 按照本公开的设备可包括热电发电机（TEG)装置，和散热组件。TEG装置可包括TEG模块， 这里也称为热电发电机或者热电装置，它可包括第一或热表面或侧面和第二或冷表面或侧 面，TGE模块的热表面适合于接受来自热源的热量。TEG装置可按照任何适当的方式，耦接 到散热组件，以便减小或使散热组件和TEG模块的冷表面之间的热阻降至最小。可以利用 廉价材料作为传热介质，实现散热组件。例如，散热组件（也称为热沉）可包括适合于其中 容纳液体（例如，水）的容器或储存器。液体可以充当传热介质或散热物，热量被传送给所 述传热介质或散热物，以便耗散到环境中。TEG模块的冷表面可以按照提供TEG模块和散 热组件之间的低热阻路径的方式，热耦合到散热组件。例如，散热组件可以结合到TEG模块 的冷表面，以致储存器中的液体接合热电发电机（例如，TEG模块）的冷表面，如下进一步 说明。操作中，热量可通过TEG模块，从热表面输送到冷表面，从而产生电力，如下进一步所 述。TEG装置和/或散热组件可进一步耦接到配置成使向TEG模块的热表面输送热量更容 易的附加组件。例如，在一些实施例中，可以利用可选的导热元件把热量从热源输送到TEG 模块。在其它例子中，来自热源的热量可被直接施加到TEG模块的热表面。可考虑到便携 性，配置这里说明的设备，所述设备可以具有很少的活动部件（如果有的话），以便制造简 单、容易。
[0034] 图1-5和11-15中描述了按照本公开的一个实施例的便携式设备100。图1-3分 别表示呈第一打开构形的设备100的等距视图、侧视图和顶视图。图4表示沿图3中的线 4-4的横截面图。图5表示图4的横截面图的局部详细视图。图11-13分别表示呈紧凑或 折叠构形，以便存放和/或运输的设备100的侧视图和顶视图。图14和15表示设备100 的其它打开或展开构形。
[0035] 设备100是手持式设备，它包括导热元件110(这里可互换地称为导热部件 (TCM) 110)、热电发电机（TEG)装置120和散热组件130。TEG装置120可包括支承结构和 一个或多个热电发电机（TEG)模块200,所述支承结构包括保持架或壳体122,每个TEG模 块200适合于把热能转换成电能，如后进一步所述。保持架或壳体122可包括用于收纳一 部分的TCM的插口或凹槽，可包括如下进一步所述的保持器元件，用于把所述一部分TCM压 在TEG模块的表面上。散热组件110可包括适合于容纳液体（参见图16中的139)或者其 它传热介质的容器或储存器132。液体可以是水，可充当用于从一个或多个TEG模块200吸 热，然后把吸收的热量耗散到环境中的传热介质。散热组件110可按照使散热组件110和 TEG120之间的热阻降至最小的任何适当方式，附接到TEG装置120。在一些例子中，散热 组件110和/或TEG装置120被配置成直接接合液体和TEG模块的表面，如下进一步所述。 所述设备还可包括电源组件140,它可包括耦接到电设备（未图示），以致利用TEG模块200 生成的电力可被传送给电设备的连接器142。
[0036]TCM110可被配置成向TEG模块200传导来自热源（例如，火）的热能。TCM事实 上可以具有期望或者适合于特定应用的任意形状。在一些实施例中，可以从TEG装置伸出 的板、鳍状物、叶片或舌状物的形式，实现TCM，如在图1中所示。TCM可以是金属条或金属 板。在一些例子中，TCM110可以是片状材料、棒、或者另一种伸出或伸长的结构。TCM110 可由导热材料，比如金属制成。在一些例子中，TCM110可由铝（例如，阳极氧化铝）、钢、铜 或热解石墨制成。也可以使用复合材料或多层材料，例如，TCM可由具有不同金属材料（例 如铜）的涂层的铝基体材料制成。使用中，可以直接接触热源地设置TCM(例如，舌状物可 以暴露在明火之下和/或接触明火），来自热源的热量可沿着TCM的长度传送向TEG模块。
[0037] 要明白，除了其它之外，TCM110被配置成把来自热源（例如，明火）的热能引导 或传送到TEG模块200。通常，适用于TCM110的材料包括传热性高且损耗低的材料。在一 些例子中，TCM可以是热管，所述热管包括适合于在TCM的表面之间的凹槽内的TCM的工作 条件（例如，工作温度范围）的工作流体。热管TCM是有利的，因为它使TCM或舌状物能够 从TEG装置延伸更大的距离（这可被称为设备的"可达距离"），而不会不利地影响传热性 能。具有更大"可达距离"的设备特别有利于其中与诸如厨灶之类的其它焰源相比，利用木 材或木炭作为燃料的焰源（例如营火或"三石炉火"）不太平静的应用。
[0038] 在图1中的例子之中，TCM被实现成具有彼此正交地延伸的第一或较长部分114和 第二或较短部分116的L形元件112。第一部分具有第一长度，第二部分具有不同于第一部 分的长度，即第一长度的第二长度。在一些实施例中，TCM可以是单块部件，因而所述部分 114和116由单块或单片材料形成。可以选择所述部分114和/或116任意之一的长度，以 适合特定应用。例如，可以选择较长部分114