用于将热能回收并且转化为电能的装置制造方法

用于将热能回收并且转化为电能的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于将热能转化为电能的装置，该装置包括单元(C1、C2)，该单元(C1、C2)包括：空腔(2)，该空腔(2)的一个壁(2.1)与热源(SC)接触；空腔(4)，该空腔(4)的一个壁(4.1)与冷源(SF)接触；主通道(6)，其处于空腔(2)与空腔(4)之间并且以液滴形式输送流体，该主通道包括一用于将流体液滴从空腔(4)输送到空腔(2)的机构；至少一个辅助通道(8)，其处于空腔(2)与空腔(4)之间并且以气体形式输送流体；压电材料(10)，其被设置在空腔(2)和空腔(4)的至少一个中；以及容纳在所述单元中的液体和气体形式的流体。
【专利说明】用于将热能回收并且转化为电能的装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于使用流体相变将热能回收并且转化为电能的装置。

【背景技术】
[0002] 电子电路在工作时产生热量。该热量并未被使用并且应当被散发以防止降低电路 性能。在我们的周围还存在诸如管道系统、排气通风装置、工业机械壁之类的其它热源，这 些热源排放的热量并未得到利用。
[0003] 能够想到对该热量进行回收以将其转化为电能。
[0004] 已经提出了实施液汽相变的装置。
[0005] 例如，专利文件FR 2 951 874描述了一种包括封闭体积的装置，该封闭体积由用 于与热源接触的第一壁和正对第一壁且用于与冷源接触的第二壁所界定，在两个壁之间的 封闭体积内悬挂有压电材料层，其中，开孔穿过该压电材料层。在封闭体积中设置有液体。 第二壁被设置在第一壁之下。该装置的工作方式如下所述：
[0006] 液体在重力作用下通过开孔流向第二壁。当液体与第二壁接触时突然被汽化，这 导致产生了被传递到压电层上的强大的超压以及强大的机械应力，压电层将超压和机械应 力转换为电信号，
[0007] 蒸汽穿过压电层中的开孔朝着第一壁扩散，蒸汽在第一壁处被冷凝，以及
[0008] 液体在重力作用下再次流向第二壁并且重复该循环。
[0009] 该设备的缺点在于需要使第二壁位于第一壁的下方以依赖重力保证冷凝滴的下 落。


【发明内容】

[0010] 因此，本发明的一个目的在于提供一种用于使用流体相变将热能回收并且转化为 电能的装置，尤其是不要求特定的方向并且允许很大程度的微型化。
[0011] 上述目的可以通过一种用于将热能回收并且转化为电能的装置来实现，所述装置 包括第一空腔、第二空腔、压电材料、主通道以及至少一个辅助通道，所述第一空腔的一个 壁用于与热源接触，所述第二空腔的一个壁用于与冷源接触，所述压电材料被设置在所述 空腔的至少一个中，所述主通道将所述第一空腔与所述第二空腔相连接，所述至少一个辅 助通道将所述第一空腔与所述第二空腔相连接，所述主通道的配置使得保证液滴从所述第 二空腔流到所述第一空腔。
[0012] 在第一示例中，所述主通道可包括一具有表面能量梯度的内表面，所述表面能量 梯度被定向以使得所述液滴从所述第二空腔向所述第一空腔移动。例如，在流体为水的情 况下，所述表面包括具有不同的疏水性的截面，所述截面朝着所述第一空腔疏水性越来越 弱。
[0013] 在另一示例中，所述主通道包括朝着所述第一空腔变大的流道截面和具有至少一 种疏水特性的表面。优选地，所述表面可具有朝着所述第一空腔降低的疏水性。
[0014] 换句话说，所述装置包括由一通道连接的冷凝室和汽化室，所述通道保证在不使 用重力的情况下将液滴从所述冷凝室转移到所述汽化室。所述室中的至少一个包括压电材 料膜。
[0015] 因而，本发明的一个主题是一种用于将热能回收并且转化为电能的装置，包括至 少一个单元，所述单元包括：
[0016] 第一空腔，所述第一空腔的至少一个壁的至少一部分被配置成与热源接触；
[0017] 第二空腔，所述第二空腔的至少一个壁的至少一部分被配置成与冷源接触；
[0018] 主通道，其将所述第一空腔与所述第二空腔相连接，用于以液滴形式输送流体，所 述主通道包括一用于将流体液滴从所述第二空腔输送到所述第一空腔的机构；
[0019] 至少一个辅助通道，其将所述第一空腔与所述第二空腔相连接，用于以气体形式 输送流体；
[0020] 至少一种压电材料，其被设置在所述第一空腔和所述第二空腔的至少一个中；
[0021] 容纳在所述单元中的液体和气体形式的流体；
[0022] 用于将所述压电材料连接到一用于对由所述压电材料所产生的电能进行回收的 装置的机构。
[0023] 优选地，所述用于输送流体液滴的机构由所述主通道的具有表面能量梯度的内表 面形成，所述表面能量梯度被定向使得流体液滴从所述第二空腔向所述第一空腔移动。
[0024] 在一个示例性实施例中，所述表面能量梯度通过被连续地设置在所述第二空腔与 所述第一空腔之间的至少第一表面部分和第二表面部分得到，所述至少第一表面部分和第 二表面部分中的每一个都具有流体润湿特性，所述第二部分的润湿性大于所述第一部分的 润湿性。所述润湿特性通过具有所述润湿特性的材料层而得到，和/或通过对所述内表面 的至少一部分进行结构化而得到。
[0025] 例如，所述主通道具有从所述第二空腔到所述第一空腔增大的流道截面。
[0026] 所述主通道的所述内表面在所述第二空腔侧的至少一部分具有低流体润湿特性。
[0027] 在另一示例性实施例中，所述用于输送流体液滴的机构是静电类型的，例如，使用 电润湿现象的静电类型。
[0028] 所述主通道具有喇叭形形状，或者包括至少两个连续的、具有不同的流道截面的 区段，所述至少两个区段的流道截面从所述第二空腔到所述第一空腔增大
[0029] 所述辅助通道的流道截面使其阻止液体流过。所述辅助通道的截面优选地小于毛 细管长度的十分之一。
[0030] 根据一附加特性，所述辅助通道在所述主通道通向所述第二空腔的一端附近通向 所述第二空腔。
[0031] 用于将热能回收并且转化为电能的装置，优选地能够包括至少第一单元和第二单 元并包括转移通道，所述转移通道将所述第一单元的第一空腔连接至所述第二单元的第二 空腔，并将所述第一单元的第二空腔连接至所述第二单元的第一空腔。
[0032] 优选地，所述第一空腔和第二空腔二者的壁由优良的导热材料制成，并且其中，所 述装置包括将所述第一和第二空腔二者的所述壁相连接的外部元件，所述外部元件由绝热 材料制成。
[0033] 所述装置优选地包括所述第一空腔和所述第二空腔二者中的压电材料。所述压电 材料可与用于和所述热源和/或冷源接触的所述壁相接触。所述压电材料优选地作为悬挂 的膜。
[0034] 例如，主通道的直径小于或者等于液滴尺寸。
[0035] 所述第一空腔和/或第二空腔的容积可介于液滴的体积的1至10倍之间。
[0036] 例如，所使用的流体可以是水或者诸如氢氟醚之类的溶剂。
[0037] 用于将热能回收并且转化为电能的装置可包括多个相邻的单元，所述单元根据所 述热源发射的热流的局部密度以可变的密度进行分布。
[0038] 本发明的另一主题是一种用于将热能回收并且转化为电能的系统，包括根据本发 明的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述热源的温度使得所述第一空腔的 与该热源接触的壁的温度至少与所述流体的沸点温度相等。例如，所述热源由便携式电子 装置形成。

【专利附图】

【附图说明】
[0039] 参照以下说明以及附图能够更好地理解本发明，其中：
[0040] 图1为根据第一实施例的回收和转化装置的一个示例性实施例的纵向截面示意 图；
[0041] 图2为图1中装置的替代方案的纵向截面示意图；
[0042] 图3为根据第一实施例的装置的另一示例性实施例的纵向截面示意图；
[0043] 图4A至4C为根据第二实施例的回收和转化装置的不同示例性实施例的纵向截面 示意图；
[0044] 图5A至?为对根据本发明的回收装置进行分布的示例的俯视图；
[0045] 图6为根据本发明的回收和转化装置的一个实际示例性实施例的纵向截面示意 图。

【具体实施方式】
[0046] 在图1中，可以看到一种回收和转化装置的示例性实施例，该回收和转化装置包 括：第一空腔2,第二空腔4,连接第一空腔2和第二空腔4被称为主通道的通道6,以及连接 第一空腔2和第二空腔2被称为辅助通道的通道8。在所示示例中，主通道沿纵轴X延伸。 由此形成的组件被称为单元。图1中所示的装置包括两个单元C1和C2。
[0047] 空腔2包括第一和第二端壁2. 1、2. 2以及侧壁2. 3。在所示示例中，第一端壁2. 1 用于与热源SC接触；在说明书的之后部分，壁2. 1将被称为"热壁"。热壁2. 1达到的温度 使其保证对包含在装置内的流体进行汽化。因此，该温度至少等于流体的沸点温度。之后 将给出示例性流体。
[0048] 例如，热源SC可以是电子部件或者任意其它热源的一个面。
[0049] 在说明书的之后部分，空腔2将被称为"室"或者"汽化室"。
[0050] 主通道6穿过端壁2. 2。
[0051] 优选地，空腔2的各个壁由优良的导热材料形成以保证整个汽化空腔2中温度的 均匀分布。
[0052] 第二空腔4包括第一和第二端壁4. 1、4. 2以及侧壁4. 3。在示例中，端壁4. 1包 括至少一个用于与冷源SF接触的壁；在说明书的之后部分，壁4. 1将被称为"冷壁"。冷壁 4. 1的温度使其保证对在汽化室2中所形成的蒸汽进行冷凝。因此，该温度低于流体的沸点 温度。
[0053] 例如，冷源SF是翅片式散热器或者直接为环境空气。
[0054] 在说明书的之后部分，空腔4将被称为"室"或者"冷凝室"。
[0055] 主通道6穿过第二端壁4. 2。
[0056] 优选地，第二空腔2的各个壁由优良的导热材料形成，从而保证整个冷凝空腔4中 温度的均匀分布。
[0057] 进一步地，设置在汽化室2与冷凝室4之间并且围绕主通道6和辅助通道8的所 述装置的外部元件9由诸如玻璃之类的绝热材料形成，从而避免热量从热壁2. 1传导到冷 壁4. 1处。
[0058] 该装置还包括至少一个能够将机械应力转换为电能的元件。在所示示例中，该元 件为在空腔2中紧靠热壁2. 1设置的压电材料膜10。
[0059] 有利地，膜10被被其侧端所悬挂。仅其一部分与热壁2. 1接触，从而提升其宏观 形变并因此增加所产生的电能的量。
[0060] 压电膜10被连接到电能收集系统上，该电能收集系统或者直接为消耗所产生的 能量的系统13或者是诸如电池组之类的存储系统。连接12以及系统13被示意性地示出。 该连接能够通过使用金属进行硬钎焊或者软钎焊来制作，该金属的熔点温度低于压电材料 的熔点温度。连接线经由由绝缘材料制成的外部元件9所形成的通道、侧壁4. 3以及冷壁 4. 1从装置中引出。在将热壁2. 1和冷壁4. 1与绝缘材料制成的外部元件9进行组装之前 制作该连接。
[0061] 进一步地，主通道6包括内表面14使其保证液滴G从空腔4移动到空腔2处。在所 示示例中，内表面14包括具有沿着轴X分布的具有不同润湿特性的截面14. 1、14. 2、14. 3， 从而形成具有表面能量梯度的表面。
[0062] 截面朝向第一空腔2逐渐润湿。
[0063] 当液滴的接触角度Θ大于90度时，表面具有低的液体润湿特性。
[0064] 在使用水的情况下，低润湿表面被称为疏水表面，润湿表面被称为亲水表面。在说 明书的以下部分，为简单起见考虑使用水的情况，但是本发明并不仅限于使用水。
[0065] 通过沉积具有不同的流体润湿亲和力的材料可获得不同的润湿特性。例如，可沉 积具有低的水润湿性的SiOx ;接触角度介于20度与40度之间，或者具有疏水特性的氟化 石墨（CFx)。通过对主通道6的内表面进行结构化，有利地对其进行纳米结构化还可改变润 湿水平。通过两种不同的纳米结构化能够制作两个具有不同润湿性的截面。纳米结构化可 采用在材料表面设置纳米尺度到微尺度碗状物的形式。
[0066] 主通道6的流道截面高于辅助通道8的流道截面，并且使得其允许液滴流动而辅 助通道8只允许蒸汽流动。
[0067] 在使用水的情况下，主通道的直径优选地大约为毛细管长度，即介于3mm与5mm之 间，有利地为大约4_ ;辅助通道的直径优选地大约为毛细管长度的十分之一，即辅助通道 的直径例如小于〇. 4_。
[0068] 在所示示例中，装置包括若干辅助通道8。例如，这些辅助通道遍布整个主通道。 能够想到只存在一个辅助通道，该辅助通道具有环形形状并且完全围绕主通道。
[0069] 图1中的回收和转化装置的操作如下所述：液滴通过与温度高于流体的沸点温度 的热壁2. 1接触而在汽化室2中突然被汽化。在气体密闭效应下，突然汽化在室2和4中 以及主通道6和辅助通道8中产生压力峰。此压力变化引起压电膜10的形变，压电膜10 在自身端子处产生电压/电流，所产生的电压/电流通过连接12被传输到消耗或者存储系 统13。处于气态的流体几乎立刻被分布在室2、4以及通道6、8中，并且在与冷壁4. 1接触 时在室4中被冷凝为液滴。冷凝滴因而受到两个力：一方面，具有表面能量梯度的内表面将 冷凝滴从室4吸引到主通道6中并到达室2处，由主通道6内壁14的物理化学特性所产生 的该能量梯度通过使冷凝滴沿着主通道6移动来使冷凝滴的能量最小化。
[0070] 另一方面，由辅助通道8从加热的室2向室4传递的压力也将冷凝滴向相同的方 向推动，辅助通道8的尺寸过小以致不允许冷凝滴通过但却大到足以传递压力。辅助通道8 还具有不允许由于液滴的移动而在在室4中产生低压的功能。因而，辅助通道8使得在将 液滴从室4转移到室2处时将压力施加到液滴上。液滴一旦到达就再次被突然汽化，从而 重复该循环。
[0071] 单元尺寸和流体体积例如使得单个液滴在通道内流动并且随后被汽化和冷凝。
[0072] 因此，装置的操作产生压力峰，该压力峰从温度变化很小或不变化或者温度变化 很慢的热源SC处开始循环。这些压力峰被压电膜10转化为电力。
[0073] 电信号在于膜10的连接上是可得到的并且随时间循环。因此，这些电信号能够被 能量回收电子电路所操作并且被处理以用于存储和/或使用。
[0074] 在图1的示例中，装置包括两个不同的单元C1和C2,然而具有单一单元的装置并 未脱离本发明的保护范围。优选地，提供了大量并列的单元以使得回收的电能的量最大化。
[0075] 这些单元能够被均匀分布或者通过例如形成密度差而不均匀分布，从而局部可控 地对流经该结构的热流密度进行调节。
[0076] 在图2中，可以看到图1中装置的替代方案，其中，在冷凝室4中同样设置了压电 膜14。对于膜10而言，更有利的是其被悬挂在冷壁4. 1上。
[0077] 还可以仅在冷凝室中设置压电膜。
[0078] 可替换地，可以在侧壁处和/或辅助通道中设置压电膜。
[0079] 在图3中，可以看到另一示例性装置，其中，两个单元被互连。
[0080] 每个单元C101、C102都与图1和图2中的单元C1和C2相类似。然而，装置包括 通道116和通道116'，通道116将单元C101的室102连接至单元C102的冷凝室104'，通 道116'将单元C102的汽化室102'连接至单元C101的冷凝室104。通道116和116'用于 将汽化室102、102'中产生的压力转移到另一单元的冷凝室104'、104中。
[0081] 辅助通道108将室102与室104相连接。
[0082] 在该示例性实施例中，如图3中所示，除去主通道的具有表面能量梯度的表面所 表现出来的力之外，使液滴汽化进入单元C101的汽化室102中所产生的气体压力产生了用 于将该液滴从冷凝室104'移动至单元C102的汽化室102'的力，并且使液滴汽化进入汽化 室102'中所产生的气体压力产生了用于将该液滴从冷凝室104移动至单元C101的汽化室 102的力。因此，存在单元之间的流体转移。
[0083] 在此示例性实施例中，该连接有利地导致单元彼此驱使。
[0084] 可替换地，具有表面能量梯度的表面能够被具有电润湿类型的电偏压效应的表面 所替代。为此，电极阵列被设置在主通道的壁中并且被逐渐激活以移动液滴。
[0085] 在图4A至4B中，可以看到另一实施例的示例，其中，主通道的形状发生变化。
[0086] 主通道206包括沿轴X的可变流道截面。更加特别地，主通道206包括一个沿轴 X从冷凝室204到汽化室202变大的流道截面。在每个室202、204中都设置有压电膜210、 214。进一步地，装置具有低润湿表面或者使用水的情况下的疏水表面。也设置了辅助通道 208。
[0087] 在图4A中，主通道206的壁具有斜截锥形状。
[0088] 在图4B中，主通道206'的半径沿轴X非线性增大使得主通道的内表面具有凸状 面。
[0089] 在图4C中，主通道206"包括示例中所示的具有增大的截面的三个管状部分 206. 1"、206. 2"、206. 3"。
[0090] 在主通道中流动的液滴在图4A至4C全部三个附图中都被示出。
[0091] 能够想到将例如图4A和4C或者4B和4C的形状结合。截面206. 1、206. 2、206. 3 则不再具有恒定半径，而是具有锥形或者凸状内表面。任何使得液滴更加方便地定向移动 的形状都是值得考虑的。
[0092] 在另一示例性实施例中，图4A至4C中的主通道能够具有一拥有表面能量梯度和 /或电偏压效应的表面。
[0093] 图3所示的两个单元CIO 1、C102被联接的示例性实施例能够使用图4A至4C的装 置来实施。
[0094] 以上参照图?所述，该装置能够包括不同类型的单元。例如，单元可因单元和排 列的不同而具有不同的机构来移动液滴。
[0095] 主通道以及汽化室和沸腾室的尺寸根据液滴尺寸进行选择。主通道的直径优选地 小于或者等于液滴尺寸以引入表面效应。汽化和沸腾室的容积优选地介于液滴体积的1至 10倍之间，从而使密闭效应和压力峰的幅度最大化。
[0096] 在所示示例中，通道可以是笔直的或者可以具有更加复杂的几何形状。进一步地， 通道的截面可以为圆形、椭圆形、平行六边形或者任意其它形状。
[0097] 在图6中，可以看到装置的一个实际示例性实施例，该装置与图1中的设置有单一 单元的装置类似。
[0098] 所述装置包括：温度介于110°C与150°C之间的热壁2. 1，温度介于50°C与80°C之 间的冷表面4. 1，以及将热壁2. 1与冷壁4. 1相连接的玻璃管9。
[0099] 主通道6由不锈钢管形成。环形辅助通道8被界定在不锈钢管7与玻璃管9之间 并且具有0. 5mm的厚度。主通道6的直径例如介于1mm与4mm之间。
[0100] 冷凝室4具有大约0· 5mm的高度以及大约10mm的直径，并且汽化室2具有15mm 的直径以及介于1mm与3mm之间的高度。
[0101] 例如，可使用的具有大约ll〇°C至150°C温度的热源例如是一配备有由本发明的 装置供电的自主传感器的工厂管道系统，或者一配备有由本发明的装置供电的自主传感器 的难以触及的地下管道系统。
[0102] 在图5A至?中，可以看到单元的示例性分布。单元的分布可以使得通过将相对 于一装置的边缘而言该装置中间的更多的热流排出能够对热量管理进行优化。在图5A中， 装置包括单一单元C1。在图5B中，装置包括矩阵分布的多个单元C1、C2、C3等等。在图5C 中，各个单元按照八角星图形分布。
[0103] 在图ro中，单元的分布与图5C中的分布相同但是具有两种类型的单元C1、C2、C3 等以及Cl'、C2'、C3'等，两种类型的单元具有不同的特性，从而对单元的性能或者工作范 围进行调节，并且通过使用诸如水和乙醇之类具有不同沸点温度的流体能够适应不同的温 度范围。因此，单元能够具有不同的尺寸。
[0104] 在大尺度装置的情况下，不同的元件能够通过机械加工或者任何其它适合的技术 来制作。
[0105] 在小尺度装置的情况下，能够使用诸如沉积绝缘膜、导线、印刷、反应离子刻蚀 (RIE)之类的微电子技术。进一步地，所使用的材料能够是微电子领域中所使用的材料之外 的材料，例如，绝缘陶瓷、高分子聚合物等等。
[0106] 压电膜可以采用小尺度膜形式或者沉积为薄层。
[0107] 具有表面能量梯度的表面可以通过例如低或高润湿性材料的化学气相沉积（CVD) 来获得。
[0108] 例如，为了制作具有不同润湿特性的不同截面，可以使用诸如树脂之类的牺牲材 料对主通道的一部分进行保护，以便之后对低或高润湿材料进行沉积。树脂随后被移除。在 第二步骤中，使用树脂对所沉积的第一部分进行保护，从而将补充的高或低润湿材料沉积 在通道的第二部分上。因此可以制作具有沿轴的表面能量梯度的通道。
[0109] 在液滴具有诸如小于一毫米的小直径的情况下，由此制成的表面保证对液滴移动 进行更好的控制。
[0110] 举例来说，所使用的材料可以是：
[0111] 对于导热材料而言，其可以是诸如铜、铝之类的金属。其可以是诸如石墨、包括碳 纳米管在内的纳米复合材料之类的各向异性材料；
[0112] 对于绝热材料和电绝缘材料而言，其可以选择聚合物、二氧化硅或者诸如氧化锆 或氧化铝之类的绝缘陶瓷；
[0113] 为了制作具有表面能量梯度的表面，材料可以是具有纳米结构表面的SiOx或 CFx。
[0114] 例如，压电材料膜可以由PZT、PLZT、PMNT、PMNZ或者PFW制成。
[0115] 最后，所使用的流体可以是水、溶剂、热能应用所使用的流体、填充有颗粒的流体 或者这些流体的混合物。在优选溶剂中可以提及氢氟醚。
[0116] 由于使用了相变，通过用于产生周期性压力峰以及电压/电流峰的机构，根据本 发明的装置使得热能能够被回收并且转化为电力，该电压/电流峰适用于被能量回收电子 电路有效率地使用。
[0117] 由于对包括具有表面能量梯度的内表面的主通道、具有合适几何形状的主通道、 具有合适的电偏压的通道或者这些机构的组合以及辅助通道的使用，该装置能够产生液滴 转移力，液滴转移力使得装置能够将通道的特征尺寸缩小为大约10微米至几毫米，并且使 得装置能够在所有位置下使用，包括当热源位于冷源下方时或者当轴为水平方向时。在由 位于上半部分的太阳能装置所形成的热源情况下，或者在其取向在使用中可变化的移动装 置或便携式电子装置的情况下，装置定向的自由特别有益。
[0118] 进一步地，由于单元密度（也就是，每单位面积内的单元数量）具有适应能力，根 据本发明的装置允许对这些架构所转移的热流密度进行控制。
[0119] 根据本发明的用于热能回收和转化为电能的装置可以被用于对诸如自主传感器 之类的低能耗电子装置供电。
[0120] 进一步地，通过使用具有合适的沸点温度的流体，能够制造工作在不同温度下的 装直。
[0121] 因此，除了使用热量来生产电能之外，该装置导致排出热量，随后产生电力，该装 置起到了冷却系统的作用。
[0122] 通过根据需要进行热量管理的区域温度来对每个单元中的流体量以及单元数量 还有单元位置进行调整，根据本发明的装置还能够被用作热量管理装置。在使用电润湿的 情况下，该管理能够是完全无源的或者至少部分有源的。
【权利要求】
1. 一种用于将热能回收并且转化为电能的装置，包括至少一个单元（Cl、C2、C101、 〇102)，所述单元（(：1、〇2、(：101、(：102)包括 ： 第一空腔（2、2'），所述第一空腔（2、2'）的至少一个壁（2. 1)的至少一部分被配置成与 热源（SC)接触； 第二空腔（4、4'），所述第二空腔（4、4'）的至少一个壁（4. 1)的至少一部分被配置成与 冷源（SF)接触； 主通道（6)，其将所述第一空腔（2)与所述第二空腔（4)相连接，用于以液滴形式输送 流体，所述主通道包括一用于将流体液滴从所述第二空腔（4)输送到所述第一空腔（2)的 机构； 至少一个辅助通道（8)，其将所述第一空腔（2)与所述第二空腔（4)相连接，用于以气 体形式输送流体； 至少一种压电材料（10)，其被设置在所述第一空腔（2)和所述第二空腔（4)的至少一 个中； 容纳在所述单元中的液体和气体形式的流体； 用于将所述压电材料（10)连接到一用于对由所述压电材料（10)所产生的电能进行回 收的装置的机构（12)。
2. 根据权利要求1所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述用于输 送流体液滴的机构由所述主通道的具有表面能量梯度的内表面形成，所述表面能量梯度被 定向使得流体液滴从所述第二空腔（4、4'）向所述第一空腔（2、2'）移动。
3. 根据权利要求2所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述表面能 量梯度通过被连续地设置在所述第二空腔与所述第一空腔之间的至少第一表面部分和第 二表面部分得到，所述至少第一表面部分和第二表面部分中的每一个都具有流体润湿特 性，所述第二部分的润湿性大于所述第一部分的润湿性。
4. 根据权利要求3所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述润湿特 性通过具有所述润湿特性的材料层而得到，和/或 所述润湿特性通过对所述内表面的至少一部分进行结构化而得到。
5. 根据权利要求1所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述用于输 送流体液滴的机构是静电类型的，例如，使用电润湿现象的静电类型。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中， 所述主通道（6)具有从所述第二空腔（4、4'）到所述第一空腔（2、2'）增大的流道截面。
7. 根据权利要求6所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述主通道 (6)的所述内表面在所述第二空腔（4、4'）侧的至少一部分具有低流体润湿特性。
8. 根据权利要求6或7所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述主通 道（6)具有喇叭形形状。
9. 根据权利要求6或7所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述主通 道（6)具有至少两个连续的、具有不同流道截面的区段，所述至少两个区段的流道截面从 所述第二空腔（4)到所述第一空腔（2)增大。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中， 所述辅助通道（8)的流道截面使其阻止液滴流过。
11. 根据权利要求1-10中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其 中，所述辅助通道（8)在所述主通道（6)通向所述第二空腔（2)的一端附近通向所述第二 空腔（4)。
12. 根据权利要求1-11中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，包括 至少第一单元（C101)和第二单元（C102)并包括转移通道（116)，所述转移通道（116)将 所述第一单元（C101)的第一空腔（102)连接至所述第二单元（C102)的第二空腔（104'）， 并将所述第一单元（C101)的第二空腔（104)连接至所述第二单元（C102)的第一空腔 (102，）。
13. 根据权利要求1-12中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其 中，所述第一空腔（2)和所述第二空腔（4)二者的壁（2. 1、40. 1)由优良的导热材料制成， 并且其中，所述装置包括将所述第一空腔（2)和所述第二空腔（4)二者的所述壁相连接的 外部元件（9)，所述外部元件（9)由绝热材料制成。
14. 根据权利要求1-13中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，包括 所述第一空腔（2)和所述第二空腔（4)二者中的压电材料（10、14)。
15. 根据权利要求1-14中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其 中，所述压电材料（1〇、14)与被配置成与所述热源（SC)和/或所述冷源（SF)接触的壁 (2. 1、4· 1)相接触。
16. 根据权利要求1-15中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，所述 压电材料（10、14)为悬挂的膜。
17. 根据权利要求1-16中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其 中，所述主通道（6)的直径小于或者等于液滴的直径。
18. 根据权利要求1-17中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其 中，所述第一空腔（2)和/或所述第二空腔（4)的容积介于所述液滴的体积的1至10倍之 间。
19. 根据权利要求1-18中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其 中，所述流体为水或者诸如氢氟醚的溶剂。
20. 根据权利要求1-19中任一项所述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，包括 多个相邻的单元（Cl、C2)，所述单元（Cl、C2)根据所述热源发射的热流的局部密度以可变 的密度进行分布。
21. -种用于将热能回收并且转化为电能的系统，包括根据权利要求1-20中任一项所 述的用于将热能回收并且转化为电能的装置，其中，所述热源（SC)的温度使得所述第一空 腔（2)的与该热源接触的壁（2. 1)的温度至少与所述流体的沸点温度相等。
22. 根据权利要求21所述的用于将热能回收并且转化为电能的系统，其中，所述热源 (SC)由便携式电子装置形成。
【文档编号】H02N2/18GK104145414SQ201380009315
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年2月14日
【发明者】埃马纽埃尔·奥里尔, 斯特凡娜·蒙弗瑞, 托马斯·斯克特尼科基, 乌尔里希·休坡瑞曼内恩 申请人:原子能和替代能源委员会, St微电子（克偌林斯2）Sas公司