熱電發電機的制作方法
【專利說明】熱電發電機
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2015年3月15日遞交的申請號為61/792，464的美國臨時申請的權益，該申請所有內容通過引用并入，就如同在本文中完整地陳述。
技術領域
[0003]本申請通常涉及熱電發電機裝置以及用于產生熱電的方法。更具體地，本申請通常涉及利用壓電材料和形狀記憶材料的熱電發電機裝置以及用于產生熱電的方法。
【背景技術】
[0004]傳統上，已知的是，具有擁有塑性基體的壓電材料(例如，氧化鋅絞線)的裝置在彎曲或發生應變時產生電力。例如，Yang等人的于2008年11月9日在線公布的文獻《PowerGenerat1n with Laterally Packaged Piezoelectric fine Wires》(《通過橫向圭寸裝的壓電細線發電》)中討論了這種材料。
[0005]獨立地，通常傳統的形狀記憶聚合物在其溫度循環變化時改變形狀并恢復到之前的形狀。舉例而言，這種材料已經被用于生物和商業應用。
[0006]獨立地，存在很多廢熱源，這些廢熱源包括發電廠、交通工具、機器、制冷裝置、電氣裝置、人體、太陽能、生物反應或類似物。除了它們的具體應用之外，這些熱源通常基本不使用剩余的廢熱提供額外的產能。此外，這些熱源可能對環境有害。
[0007]因此，需要更有成效地使用多種熱源產生的廢熱。
【發明內容】
[0008]根據一方面，一種熱電發電機包括:形狀記憶材料，所述形狀記憶材料配置成由于溫度的改變而改變形狀，所述形狀記憶材料被進一步配置成周期性地接收來自熱源的熱量；以及壓電材料，所述壓電材料聯接至所述形狀記憶材料，所述壓電材料被配置成響應于所述形狀記憶材料的形狀改變而產生電力。
[0009]根據一方面，一種產生熱電的方法包括:提供包括聯接至壓電材料的形狀記憶材料的熱電發電機；將來自熱源的熱量轉移到所述熱電發電機；產生熱電；以及將熱量從所述熱源到所述熱電發電機的轉移中斷。
[0010]根據又一方面，一種熱電發電機系統包括:形狀記憶材料，所述形狀記憶材料配置成由于溫度的改變而改變形狀，所述形狀記憶材料被進一步配置成周期性地接收來自熱源的熱量；壓電材料，所述壓電材料聯接至所述形狀記憶材料，所述壓電材料被配置成響應于所述形狀記憶材料的形狀改變而產生電力；以及用于捕獲和利用所述壓電材料產生的電力的裝置。
[0011]因此，本文已經概括地(而不是寬泛地)描述了本發明的特定方面，以便本文中的詳細說明在此可被更好地理解并且以便本發明對現有技術的貢獻可以更好地被理解。當然，本申請的另外的方面將在下文描述并且將形成本文所附的從屬權利要求的主題。
[0012]在這方面，在詳細地說明至少一個方面之前，應明白，本申請在應用中并不限于以下說明中陳述的或附圖中示出的構造的細節和部件的布置。本申請能夠是除了所描述的那些方面以外的方面，并且能夠以多種方式被實踐和執行。并且，應當理解的是，本文中所使用的用語和術語以及摘要是為了進行描述并且不應當認為是限制性的。
[0013]照此，本領域技術人員應理解，本申請內容所基于的設想可容易地被用作用于設計執行本發明的數個目的的其它結構、裝置、方法和系統的基礎。因此，重要的是，權利要求被認為包括這種等價構造，只要其不超出本申請的精神和范圍。
【附圖說明】
[0014]圖1示出根據本申請的一個方面的熱電發電機的示意圖；
[0015]圖2示出根據本申請的另一方面的熱電發電機的具體應用；
[0016]圖3示出使用根據本申請的另一方面的熱電發電機的過程。
【具體實施方式】
[0017]將參照附圖來說明本申請，附圖中相同的附圖標記始終代表相同的部件。本申請的各個方面提供了一種熱電發電機。熱電發電機包括形狀記憶材料和壓電材料。壓電材料被聯接至配置成由于溫度改變而改變形狀的形狀記憶材料，使得壓電材料由于形狀記憶材料的形狀改變導致的相互作用而發電。
[0018]本申請的形狀記憶材料可包括塑料、合金、塑料與合金的組合以及類似物。在一個方面中，形狀記憶材料可具有雙向形狀記憶效應。雙向形狀記憶效應可允許材料記住兩種不同形狀:一種低溫時的形狀和一種高溫時的形狀。對此，所設想的是，本申請的形狀記憶材料可包括任何能夠具有至少兩種不同形狀的材料:一種低溫時的形狀和一種高溫時的形狀。
[0019]單純示例性并且非限制性地，這種形狀記憶材料可包括銅基材料、鎳鈦基材料等。例如，可基于下述特性來選擇和利用所述形狀記憶材料:主要元素、激勵模式、工作溫度或所需的特性。這種形狀記憶材料的另一示例包括但不限制于:多種比例的銀-鎘、金-鎘、銅-招、銅-錫、銅-梓、鐵-銷、猛-銅、鐵-猛-娃、銷基合金、鉆-銀-招、鉆-銀-嫁、鎳-鐵-鎵、各種濃度的鈦-鈀、鎳-鈦-銀、鎳-錳-鎵、它們的組合及類似物。
[0020]此外，形狀記憶材料可包括銅-鋁-鎳的形狀記憶合金以及鎳-鈦(NiTi)合金。形狀記憶材料還可用過使鋅、銅、金和鐵合金化來創造。鐵基和銅基形狀記憶材料可包括:鐵-錳-硅、銅-鋅-鋁和銅-招-鎳。形狀記憶材料能夠以兩種不同的相存在，并可能具有三種不同晶體結構(即，孿晶馬氏體、退孿晶馬氏體和奧氏體)和六種可能的轉變。例如，NiTi合金可通過冷卻從奧氏體轉變成馬氏體。因此，在加熱期間，形狀記憶材料可從馬氏體轉變成奧氏體。
[0021]壓電材料包括能夠由于施加機械力而在內部產生電荷的任何材料。例如，壓電材料可包括氧化鋅絞線(例如布置為納米線)，但是也可以使用諸如石英、鈦酸鋇、鈮酸鉛、鋯鈦酸鉛的其它材料以及它們的組合或類似物。例如，下述材料可被用作壓電材料:鈦酸鋇(BaT13)、鈦酸鉛(PbT13)、通常也被稱為PZT的鋯鈦酸鉛(Pb [ZrxTi I JO3O ^ x ^ I)、鈮酸鉀(KNbO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鎢酸鈉(Na2WO3)、氧化鋅(ZnO)、Ba2NaNb5O5、Pb2KNb5O15和類似物。
[0022]圖1示出根據本申請的一個方面的熱電發電機的示意圖；具體地，如圖1所示，形狀記憶材料102可被布置成與壓電材料104接合。形狀記憶材料102的這種布置可以使得:當形狀記憶材料102在周圍溫度改變時改變形狀的時候，通過形狀記憶材料102使得相關聯的壓電材料104可被物理地移動、被擠壓、機械地受力、被操縱、發生應變或經受類似作用。
[0023]形狀記憶材料102和壓電材料104可具有任何布置，只要這種布置通過形狀記憶材料102使得形狀記憶材料102可以被物理地移動、被擠壓、機械地受力、被操縱、發生應變或類似作用。例如，形狀記憶材料102和壓電材料104可一起被保持基體中、可被交織在一起、可平行地布置、可線性地布置、可通過機械連接布置、可粘接在一起、可通過緊固件保持在一起，或類似布置。
[0024]如圖1進一步示出的，熱源106可被布置成向形狀記憶材料102提供熱量來源。應注意，相反地，熱源106也可以是冷源。來自熱源106的熱量可被引導至形狀記憶材料102，并借此使得形狀記憶材料102發生變形或形狀改變108。一旦形狀記憶材料102改變形狀，隨后可停止或減弱施加來自熱源106的熱量，以便使形狀記憶材料102恢復到其初始形