(57)【要約】  廃熱回収のための装置を提供する。装置は、熱源に隣接して配置されたベースブロックと、第１の端部および第２の端部を含み、第１の端部がベースブロックに熱的に結合され、熱源から熱を受け取るように構成された、熱電発電機と、第３の端部および第４の端部を含み、第３の端部が第２の端部に熱的に結合された、熱電冷却器とを含む。熱電冷却器は、電流を受け取るように構成され、これにより、第３の端部を冷却し、第４の端部を加熱し、第３の端部が第２の端部から熱を伝導する。関連する装置、システム、技術、および物品についても述べる。
2021527190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置において、
流体から熱を受け取るように構成された本体と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）であって、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部は、前記本体に熱的に結合され、前記流体からの前記熱の少なくとも一部を受け取るように構成されている、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）であって、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部は、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部に熱的に結合され、前記少なくとも１つのＴＥＣは、電力を受け取るように構成され、これにより、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部を加熱し、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部を冷却して、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部が、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部から熱を抽出する、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
を含む、装置。
【請求項２】
少なくとも１つの熱伝導性部材をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのＴＥＧが前記熱伝導性部材の第１の側面に熱的に結合され、前記少なくとも１つのＴＥＣが前記熱伝導性部材の第２の側面に熱的に結合されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＴＥＧが、前記本体と前記少なくとも１つの熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合されている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの温度センサをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの温度センサは、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接して配置され、前記少なくとも１つの温度センサは、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接する位置でコンデンサの温度を測定するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの温度センサが、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接して配置され、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接する位置でコンデンサの温度を測定するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの温度センサが前記本体内に埋め込まれている、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
システムにおいて、
第１の熱伝導性部材、第２の熱伝導性部材、および第３の熱伝導性部材と、
前記第１の熱伝導性部材と前記第２の熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合された、第１の熱電冷却器（ＴＥＣ）であって、前記第１のＴＥＣは、前記第１の熱伝導性部材から熱を除去し、前記第２の熱伝導性部材に熱を送達するように構成されている、第１の熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
前記第２の熱伝導性部材と前記第３の熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合された第２のＴＥＣであって、前記第２のＴＥＣは、前記第３の熱伝導性部材から熱を除去し、前記第２の熱伝導性部材に熱を送達するように構成されている、第２のＴＥＣと、
内部を通って延びる第１の通路を有する第１の本体であって、前記第１の通路は流体を受け取るように構成され、前記第１の本体は、前記流体から熱を受け取るように構成されている、第１の本体と、
内部を通って延びる第２の通路を有する第２の本体であって、前記第２の通路は、前記第１の通路から前記流体を受け取るように構成され、前記本体は、前記流体から熱を受け取るように構成されている、第２の本体と、
前記第１の熱伝導性部材と前記第１の本体との間に配置された第１の熱電発電機（ＴＥＧ）であって、前記第１のＴＥＧは、前記流体から前記第１の本体に伝達された熱を受け取るように構成されている、第１の熱電発電機（ＴＥＧ）と、
前記第３の熱伝導性部材と前記第２の本体との間に配置された第２のＴＥＧであって、前記第２のＴＥＧは、前記流体から前記第２の本体に伝達された熱を受け取るように構成されている、第２のＴＥＧと、
を含む、システム。
【請求項１０】
システムにおいて、
コンデンサを含み、前記コンデンサは、
流体から熱を受け取るように構成された本体と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）であって、前記第１の端部は、前記本体に熱的に結合され、前記流体からの前記熱の少なくとも一部を受け取るように構成され、それにより、前記少なくとも１つのＴＥＧに第１の電力を生成させる、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）であって、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部は、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部に熱的に結合され、前記少なくとも１つのＴＥＣは、第２の電力を受け取るように構成され、これにより、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部を加熱し、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部を冷却して、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部が、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部から熱を抽出する、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
を含む、システム。
【請求項１１】
電力管理モジュールをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電力管理モジュールは、前記少なくとも１つのＴＥＧに電気的に結合され、前記第１の電力の少なくとも一部を受け取るように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電力管理モジュールは、前記少なくとも１つのＴＥＣに電気的に結合され、前記第２の電力の少なくとも一部を前記ＴＥＣに送達するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部ならびに前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの温度センサをさらに含み、前記温度センサは、前記位置でコンデンサの温度を測定するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの温度センサから温度信号を受信し、対応する温度を計算するように構成された熱管理モジュールをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
方法において、
流体を熱交換器の本体に送達することと、
前記流体から前記本体に熱を伝達することと、
前記本体から熱電発電機（ＴＥＧ）の第１の端部に熱を伝達することと、
第１の電力を熱電冷却器（ＴＥＣ）に送達し、それにより、前記ＴＥＣの第１の端部が温度を上昇させ、前記ＴＥＣの第２の端部が温度を低下させることと、
前記ＴＥＧの第２の端部から前記ＴＥＣの第２の端部に熱を伝達することと、
前記ＴＥＧの半導体にわたって温度勾配を生じさせ、それによって前記ＴＥＧに第２の電力を生成させることと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第２の電力の少なくとも一部を前記ＴＥＣに送達することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の電力の少なくとも一部をバッテリ内に貯蔵することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接する場所で前記熱交換器の温度を測定することと、測定された前記温度に基づいて、前記ＴＥＣに送達される前記第１の電力の電圧および電流のうちの少なくとも１つを調節することと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接する場所で前記熱交換器の温度を測定することと、測定された前記温度に基づいて、前記ＴＥＣに送達される前記第１の電力の電圧および電流のうちの少なくとも１つを調節することと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の電力の少なくとも一部を、前記流体を圧縮する圧縮機に送達することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
装置において、
熱源に隣接して配置されたベースブロックと、
第１の端部および第２の端部を含む熱電発電機であって、前記第１の端部は、前記ベースブロックに熱的に結合され、前記熱源から熱を受け取るように構成されている、熱電発電機と、
第３の端部および第４の端部を含む熱電冷却器であって、前記第３の端部は、前記第２の端部に熱的に結合され、前記熱電冷却器は電流を受け取るように構成され、これにより、前記第３の端部を冷却し、前記第４の端部を加熱し、前記第３の端部が前記第２の端部から熱を伝導する、熱電冷却器と、
を含む、装置。
【請求項２３】
前記熱電発電機が電力を生成するように構成され、生成された前記電力の少なくとも一部が、冷却のために前記熱電冷却器に供給される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記熱源がキルンを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記ベースブロックが、前記熱源に面する側に熱交換器を含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記第４の端部に配置されたヒートシンクを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
前記熱源の表面の温度を測定する温度センサを含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２８】
前記温度センサが、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、または赤外線センサである、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記熱源の前記表面の前記温度が所定の温度限界よりも高いことを検出することに応答して、電流が前記熱電発電機に供給されて、前記第１の端部が冷却され、前記第２の端部が加熱される、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
システムにおいて、
円筒形状を含むキルンと、
前記キルンを囲むように配置された、請求項２２に記載の複数の装置と、
を含み、
前記キルンが熱源である、システム。
【請求項３１】
装置において、
熱源の上方に配置されたベースブロックと、
前記ベースブロックの左側において前記ベースブロックの上面から突出する第１の垂直フィンと、
前記ベースブロックの右側において前記ベースブロックの上面から突出する第２の垂直フィンと、
前記第１の垂直フィンの右側面に熱的に結合された第１の熱電発電機と、
前記第２の垂直フィンの左側面に熱的に結合された第２の熱電発電機と、
前記第１の熱電発電機の右側面に熱的に結合された第１の熱電冷却器と、
前記第２の熱電発電機の左側面に熱的に結合された第２の熱電冷却器と、
前記第１の熱電冷却器の右側面と前記第２の熱電冷却器の左側面の両方に熱的に結合されて配置されたヒートシンクと、
を含む、装置。
【請求項３２】
前記第１および第２の熱電発電機が電力を生成するように構成され、生成された前記電力の少なくとも一部が、前記第１および第２の熱電冷却器に供給される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記ベースブロックが、前記熱源に面する側に熱交換器を含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記ヒートシンクが、複数の放熱フィンを含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
システムにおいて、
円筒形状を含むキルンと、
前記キルンを囲むように配置された、請求項３１に記載の複数の装置と、
を含み、
前記キルンが熱源である、システム。
【請求項３６】
方法において、
熱源から熱を受け取ることと、
熱電発電機において受け取った前記熱で電気を生成することと、
生成した前記電気の少なくとも一部を熱電冷却器に供給することと、
を含む、方法。
【請求項３７】
前記熱源の表面の温度を測定することと、
測定された前記温度が第１の予め設定された温度以上であると判定することに応答して前記熱電発電機を電気的に切断することと、
を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記熱源の表面の温度を測定することと、
測定された前記温度が第２の予め設定された温度以上であると判定することに応答して、前記熱電発電機が前記熱源を冷却するように動作されるように、前記熱電発電機に電気を供給することと、
を含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１８年６月４日に出願された米国仮出願第６２／６８０，０３８号、および２０１８年１１月１５日に出願された米国仮出願第６２／７６７，６４１号の優先権を主張し、これらの開示全体を参照により本明細書に明示的に組み込む。
【０００２】
〔技術分野〕
本主題は一般的に熱管理システムに関連している。
【０００３】
〔背景〕
熱除去システムは、熱源から不要な熱を取り除き、構成要素が適切な動作温度に保たれることを確実にする。典型的に使用されるいくつかの異なるタイプの冷却の解決策があるが、それらの大部分は、冷却ユニットおよび何らかの形の熱遮断システムを有する。冷却ユニットは、典型的には、熱源内の空気から、冷却ユニットを通って流れる流体に熱を伝達することによって、熱源に冷却を提供する。熱遮断システムは様々であるが、一般に、冷却ユニットを通って流れる流体から熱を遮断する目的に役立つ。
【０００４】
場合によっては、熱は外部の周囲空気に放出される。そのため、大量のエネルギーが廃熱として排出される。さらに、システムの効率は周囲空気の温度に強く依存する。
【０００５】
〔概要〕
一態様では、装置は、本体と、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）とを含む。本体は、流体から熱を受け取るように構成される。少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）は、第１の端部と第２の端部とを含み、少なくとも１つのＴＥＧの第１の端部は、本体に熱的に結合され、流体からの熱の少なくとも一部を受け取るように構成される。少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）は、第１の端部と第２の端部とを含み、少なくとも１つのＴＥＣの第２の端部は、少なくとも１つのＴＥＧの第２の端部に熱的に結合され、少なくとも１つのＴＥＣは、電力を受け取るように構成され、これにより、少なくとも１つのＴＥＣの第１の端部を加熱し、少なくとも１つのＴＥＣの第２の端部を冷却して、少なくとも１つのＴＥＣの第２の端部が、少なくとも１つのＴＥＧの第２の端部から熱を抽出する。
【０００６】
以下の特徴の１つ以上を、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、システムは、少なくとも１つの熱伝導性部材を含むことができる。少なくとも１つのＴＥＧは、熱伝導性部材の第１の側面に熱的に結合することができ、少なくとも１つのＴＥＣは、熱伝導性部材の第２の側面に熱的に結合することができる。少なくとも１つのＴＥＧは、本体と少なくとも１つの熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合され得る。システムは、少なくとも１つの温度センサを含むことができる。少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つのＴＥＧの第１の端部および第２の端部のうちの１つに隣接して配置することができ、少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つのＴＥＧの第１の端部および第２の端部のうちの１つに隣接する位置でコンデンサの温度を測定するように構成される。少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つのＴＥＣの第１の端部および第２の端部のうちの１つに隣接して位置づけられ、少なくとも１つのＴＥＣの第１の端部および第２の端部のうちの１つに隣接した位置でコンデンサの温度を測定するように構成されることができる。少なくとも１つの温度センサは、本体内に埋め込むことができる。
【０００７】
別の態様では、装置は、第１、第２および第３の熱伝導性部材と、第１の熱電冷却器（ＴＥＣ）と、第２の熱電冷却器（second thermoelectric color）と、第１の本体と、第２の本体と、第１の熱電発電機（ＴＥＧ）と、第２の熱電発電機と、を含む。第１の熱電冷却器（ＴＥＣ）は、第１の熱伝導性部材と第２の熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合され、第１のＴＥＣは、第１の熱伝導性部材から熱を除去し、第２の熱伝導性部材に熱を送達するように構成される。第２のＴＥＣは、第２の熱伝導性部材と第３の熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合され、第２のＴＥＣは、第３の熱伝導性部材から熱を除去し、第２の熱伝導性部材に熱を送達するように構成される。第１の本体は、これを通って延びる第１の通路を含み、第１の通路は、流体を受け取るように構成され、第１の本体は、流体から熱を受け取るように構成される。第２の本体は、これを通って延びる第２の通路を含み、第２の通路は、第１の通路から流体を受け取るように構成され、本体は、流体から熱を受け取るように構成される。第１の熱電発電機（ＴＥＧ）は、第１の熱伝導性部材と第１の本体との間に配置され、第１のＴＥＧは、流体から第１の本体に伝達される熱を受け取るように構成される。第２のＴＥＧは、第３の熱伝導性部材と第２の本体との間に配置され、第２のＴＥＧは、流体から第２の本体に伝達される熱を受け取るように構成される。
【０００８】
さらに別の態様では、システムは、本体と、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）と、を含むコンデンサを含む。本体は、流体から熱を受け取るように構成される。少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）は、第１の端部と第２の端部とを含み、第１の端部は、本体に熱的に結合され、流体からの熱の少なくとも一部を受け取るように構成され、それによって、少なくとも１つのＴＥＧに第１の電力を生成させる。少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）は、第１の端部と第２の端部とを含み、少なくとも１つのＴＥＣの第２の端部は、少なくとも１つのＴＥＧの第２の端部に熱的に結合され、少なくとも１つのＴＥＣは、第２の電力を受け取るように構成され、これにより、少なくとも１つのＴＥＣの第１の端部を加熱し、少なくとも１つのＴＥＣの第２の端部を冷却して、少なくとも１つのＴＥＣの第２の端部が少なくとも１つのＴＥＧの第２の端部から熱を抽出する。
【０００９】
以下の特徴の１つ以上を、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、システムは電力管理モジュールを含むことができる。電力管理モジュールは、少なくとも１つのＴＥＧに電気的に結合することができ、第１の電力の少なくとも一部を受け取るように構成することができる。電力管理モジュールは、少なくとも１つのＴＥＣに電気的に結合することができ、第２の電力の少なくとも一部をＴＥＣに送達するように構成することができる。システムは、少なくとも１つのＴＥＧの第１の端部および第２の端部ならびに少なくとも１つのＴＥＣの第１の端部および第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの温度センサを含むことができ、温度センサは、その位置でコンデンサの温度を測定するように構成される。システムは、少なくとも１つの温度センサから温度信号を受信し、対応する温度を計算するように構成された熱管理モジュールを含むことができる。
【００１０】
さらに別の態様において、方法は、流体を熱交換器の本体に送達することと；流体から本体に熱を伝達することと；本体から熱電発電機（ＴＥＧ）の第１の端部に熱を伝達することと；第１の電力を熱電冷却器（ＴＥＣ）に送達し、それにより、ＴＥＣの第１の端部が温度を上昇させ、ＴＥＣの第２の端部が温度を低下させることと；ＴＥＧの第２の端部からＴＥＣの第２の端部に熱を伝達することと；ＴＥＧの半導体にわたって温度勾配を生じさせ、それによってＴＥＧに第２の電力を生成させることと、を含む。
【００１１】
以下の特徴の１つ以上を、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、方法は、第２の電力の少なくとも一部をＴＥＣに送達することを含むことができる。方法は、第２の電力の少なくとも一部をバッテリ内に貯蔵することを含むことができる。方法は、ＴＥＧの第１および第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接する場所で熱交換器の温度を測定することと、測定された温度に基づいてＴＥＣに送達される第１の電力の電圧および電流のうちの少なくとも１つを調節することと、を含むことができる。方法は、ＴＥＣの第１および第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接する場所で熱交換器の温度を測定することと、測定された温度に基づいてＴＥＣに送達される第１の電力の電圧および電流のうちの少なくとも１つを調節することと、を含むことができる。方法は、流体を圧縮する圧縮機に第２の電力の少なくとも一部を送達することを含むことができる。
【００１２】
本開示の別の態様は、廃熱回収のための装置を提供する。装置は、熱源に隣接して配置されたベースブロックと、第１の端部および第２の端部を含む熱電発電機であって、第１の端部がベースブロックに熱的に結合され、熱源から熱を受け取るように構成されている、熱電発電機と、第３の端部および第４の端部を含む熱電冷却器であって、第３の端部が第２の端部に熱的に結合されている、熱電冷却器と、を含むことができる。熱電冷却器は、電流を受け取るように構成することができ、これにより、第３の端部を冷却し、第４の端部を加熱することができ、第３の端部が第２の端部から熱を伝導し得る。
【００１３】
以下の特徴の１つ以上を、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、熱電発電機は、電力を生成するように構成されてもよく、生成された電力の少なくとも一部は、冷却のために熱電冷却器に供給されてもよい。熱源は、キルンを含むことができる。ベースブロックは、熱源に面する側に熱交換器を含むことができる。第４の端部にヒートシンクを配置してもよい。装置は、熱源の表面の温度を測定する温度センサを含むことができる。例えば、温度センサは、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、または赤外線センサであってもよい。熱源の表面の温度が所定の温度限界よりも高いことを検出すると、電流が熱電発電機に供給され得、第１の端部が冷却され、第２の端部が加熱され得る。
【００１４】
別の態様では、廃熱回収のためのシステムは、円筒形状を含むキルンを含むことができ、本明細書に記載される複数の装置は、キルンを囲むように配置され得、キルンを熱源として使用する。
【００１５】
さらに別の態様では、廃熱回収のための装置は、熱源の上方に配置されたベースブロックと、ベースブロックの左側においてベースブロックの上面から突出する第１の垂直フィンと、ベースブロックの右側においてベースブロックの上面から突出する第２の垂直フィンと、第１の垂直フィンの右側面に熱的に結合された第１の熱電発電機と、第２の垂直フィンの左側面に熱的に結合された第２の熱電発電機と、第１の熱電発電機の右側面に熱的に結合された第１の熱電冷却器と、第２の熱電発電機の左側面に熱的に結合された第２の熱電冷却器と、第１の熱電冷却器の右側面および第２の熱電冷却器の左側面の両方に熱的に結合されて配置されたヒートシンクと、を含むことができる。
【００１６】
以下の特徴の１つ以上を、任意の実現可能な組み合わせに含めることができる。例えば、第１および第２の熱電発電機は、電力を生成するように構成されてもよく、生成された電力の少なくとも一部は、第１および第２の熱電冷却器に供給されてもよい。ベースブロックは、熱源に面する側に熱交換器を含むことができる。ヒートシンクは、複数の放熱フィンを含むことができる。
【００１７】
さらに別の態様では、廃熱回収のためのシステムは、円筒形状を含むキルンを含むことができ、本明細書に記載される複数の装置は、キルンを囲むように配置され得、キルンを熱源として使用する。
【００１８】
さらに別の態様では、廃熱回収のための方法は、熱源から熱を受け取ることと、熱電発電機において受け取った熱で電気を生成することと、生成した電気の少なくとも一部を熱電冷却器に供給することと、を含むことができる。以下の特徴の１つ以上は、任意の実現可能な組み合わせに含まれ得る。例えば、方法は、熱源の表面の温度を測定することと、測定された温度が第１の予め設定された温度以上であると判定することに応答して熱電発電機を電気的に切断することと、を含むことができる。方法は、測定された温度が第２の予め設定された温度以上であると判定することに応答して、熱電発電機が熱源を冷却するように動作され得るように、熱電発電機に電気を供給することを含むことができる。
【００１９】
１つ以上のコンピューティングシステムの１つ以上のデータプロセッサによって実行されたときに、少なくとも１つのデータプロセッサに本明細書中の動作を実行させる命令を格納する、非一時的コンピュータプログラム製品（すなわち、物理的に具現化されたコンピュータプログラム製品）についても説明する。同様に、１つ以上のデータプロセッサと、１つ以上のデータプロセッサに結合されたメモリと、を含むことができるコンピュータシステムについても説明する。メモリは、少なくとも１つのプロセッサに本明細書に記載される動作のうちの１つ以上を実行させる命令を一時的または永続的に格納することができる。さらに、方法は、単一のコンピューティングシステム内にあるか、または２つ以上のコンピューティングシステム間に分散された１つ以上のデータプロセッサによって実施することができる。このようなコンピューティングシステムは、ネットワーク（例えば、インターネット、無線広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、有線ネットワークなど）を介した接続を含む１つ以上の接続を介して、複数のコンピューティングシステムのうちの１つ以上の間の直接接続を介するなどして、接続され得、データおよび／またはコマンドまたは他の命令などを交換することができる。
【００２０】
本明細書に記載される主題の１つ以上の変形例の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。本明細書に記載される主題の他の特徴および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】冷却システムの実施形態の図である。
【図２】冷却システムの別の実施形態の図である。
【図３】ＴＥＧを含む熱電システムの実施形態の図である。
【図４】ＴＥＧを含む熱電システムの実施形態の図である。
【図５】エネルギー回収（ＥＲ）コンデンサシステムを含む冷却システムの実施形態の図である。
【図６】図５に示すＥＲコンデンサシステムの実施形態の図である。
【図７Ａ】図６に示すＥＲコンデンサシステムの発電（Ｐ−Ｇｅｎ）コンデンサの一例を示す図である。
【図７Ｂ】温度センサを含む、図７Ａに示すＰ−Ｇｅｎコンデンサの図である。
【図７Ｃ】図６に示すＥＲコンデンサシステムを含む、図５に示す冷却システムの実施形態の図である。
【図８】Ｐ−Ｇｅｎコンデンサの別の実施形態の図である。
【図９】Ｐ−Ｇｅｎコンデンサの別の実施形態の図である。
【図１０】冷媒からエネルギーを回収するために使用することができるマルチパスＰ−Ｇｅｎコンデンサの一実施形態の側面図である。
【図１１】エネルギー回収（ＥＲ）コンデンサシステムおよびスクロール膨張器を含む冷却システムの実施形態の図である。
【図１２】エネルギー回収（ＥＲ）コンデンサシステムおよびスクロール膨張器を含む冷却システムの別の実施形態の図である。
【図１３】エネルギー回収（ＥＲ）コンデンサシステムおよびスクロール膨張器を含む冷却システムの別の実施形態の図である。
【図１４】Ｐ−ＧｅｎコンデンサのＴＥＧおよびＴＥＣに加えられる負荷を管理するように構成され得るコントローラを含むＥＲコンデンサシステムの一例を示す。
【図１５】従来技術のセメントキルンの一例を示す断面図である。
【図１６】本開示の例示的実施形態による廃熱回収システムを示す断面図である。
【図１７】本開示の例示的実施形態による熱電発電機（ＴＥＧ）モジュールの断面図である。
【図１８】本開示の例示的実施形態による熱電冷却器（ＴＥＣ）モジュールの断面図である。
【図１９】本開示の別の例示的実施形態による廃熱回収システムを示す断面図である。
【図２０Ａ】セメントキルン周辺に設置された排熱回収システムの例を示す図である。
【図２０Ｂ】セメントキルン周辺に設置された排熱回収システムの例を示す図である。
【図２０Ｃ】セメントキルン周辺に設置された排熱回収システムの例を示す図である。
【図２０Ｄ】セメントキルン周辺に設置された排熱回収システムの例を示す図である。
【図２１】本開示の例示的実施形態による信号フローおよび電力フローを示す図である。
【図２２】廃熱回収システムを制御する方法を示すフローチャートである。
【００２２】
〔詳細な説明〕
ここで、本明細書に開示されるシステム、デバイス、および方法の構造、機能、製造、および使用の原理の全体的な理解を提供するために、特定の例示的な実施形態について説明する。これらの実施形態の１つ以上の例が添付の図面に示されている。本明細書に具体的に記載され、添付の図面に示されるシステム、デバイス、および方法は、非限定的な例示的実施形態であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されることを当業者は理解するであろう。１つの例示的実施形態に関連して図示または説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。このような変更および変形は、本発明の範囲内に含まれることが意図されている。さらに、本開示では、実施形態の類似の名称の構成要素は一般に類似の特徴を有し、したがって、特定の実施形態内では、類似の名称の各構成要素の各特徴は必ずしも完全には詳しく述べていない。
【００２３】
一態様では、本発明の主題は、冷媒から熱を除去するためのコンデンサを含むことができる。コンデンサは、熱を電気エネルギーに変換することができる１つ以上の熱電発電機（ＴＥＧ）を含むことができる。ＴＥＧは、ＴＥＧ内に形成される温度勾配の結果として電気エネルギーを生成することができる。冷媒からの熱の一部を１つ以上のＴＥＧに送達することができ、それによって温度勾配を生成することができ、ＴＥＧは電気エネルギーを生成することができる。ＴＥＧの効率を最適化するために、１つ以上の熱電冷却器（ＴＥＣ）を利用して、ＴＥＧ内の温度勾配を管理することができる。本発明の主題は、冷却システムのような冷却システムの効率を向上させることができる。いくつかの実施形態では、本発明の主題は、廃熱を低減することによって、冷却システムのすべての構成要素を同じ一般的な近傍に配置することを可能にし、これによって、冷却システムのデザインを簡素化することができる。いくつかの実施形態では、ＴＥＧ内の温度勾配を管理するためにＴＥＣを使用するのではなく、他の熱除去デバイスを使用することができる。例えば、ファンとヒートシンクの組み合わせを使用して、制御された強制対流を提供し、ＴＥＧ内の温度勾配を管理することができる。
【００２４】
図１は、冷却システム１００の一実施形態を示す図であり、これを用いて、容積１０１の少なくとも一部を冷却することができる。容積１０１は、例えば、データセンターであってもよく、またはデータセンターを含んでもよい。冷却システム１００は、冷媒（例えば、Ｒ４１０、Ｒ３１２）を弁１０４を介して冷却システム１００に導入することができる冷媒供給システム１０２を含むことができる。最初に、低圧低温冷媒蒸気を圧縮システム１０６に送達することができる。圧縮機は、外部電源から電力１０７を受け取ることができる電気モータによって駆動することができる。冷媒が圧縮システム１０６から出るとき、冷媒は高温高圧の蒸気状態とすることができる。冷媒は、その後、圧縮システム１０６の下流にある１つ以上のコンデンサ／アフタークーラ１０８に流れることができる。コンデンサ１０８は、圧縮プロセス中に発生する過剰な熱を除去することによって、冷媒１０９の蒸気または大部分が蒸気から主に液体状態への相変化を容易にすることができる。冷媒の少なくとも一部が凝縮状態になると、冷媒は膨張弁１１０を通って移動することができ、膨張弁は、冷媒の少なくとも一部を低圧低温の液体状態にすることができる圧力降下を生成することができる。次いで、液体冷媒を熱交換器１１２（例えば、蒸発器）に送達し、データセンター環境からの流入空気１１４を冷却することができる。熱交換器１１２は、例えば、コアプレートおよびフィン型熱交換器とすることができる。あるいは、他の熱交換器（例えば、コア、エッチングされたプレート、拡散接合された巻きコイル、シェルおよびチューブ、プレートおよびフレーム）を使用することもできる。冷媒は、冷却通路、冷却要素を通って、またはシェル内を移動して、データセンターからの空気などの「高温流体」を冷却することができる。空気１１６は、熱交換器１１２を通って移動するので、冷媒１１８と熱交換器１１２内で熱交換することによって冷却され得る。次いで、空気１２０を熱交換器１１２から放出して、容量１０１、例えばデータセンターを冷却することができる。次いで、冷媒を圧縮システム１０６に送り返すことができ、サイクルを繰り返すことができる。
【００２５】
一般に、コンデンサ１０８内で吸収された熱は、いくつかの方法で放出され得る。図示の実施形態では、コンデンサ１０８は、容積１０１の外側、例えば屋根上に配置することができ、周囲空気に熱を放出することができる。図１に示す冷却システム１００の１つの利点は、維持が容易であることである。しかし、このシステムは、コストがかかり、パイプが移動しなければならない距離、コンデンサ１０８とシステム１００の他の構成要素との間の高さの変動、および屋外の天候の変動に応じて、設計および実装するのが困難である。前述の欠点を回避するために、コンデンサが冷却システムのその他の構成要素に近接している冷却システムを設計することが有益であり得る。
【００２６】
図２は、例示的な冷却システム２００の別の実施形態を示し、これを用いて、容積２０１の少なくとも一部を冷却することができる。容積２０１は、例えば、データセンターの屋内部分であってもよく、または、データセンターの屋内部分を含んでもよい。冷却システム２００は、概して、冷却システム１００と同様であり得るが、第１の熱交換器２０８を有することができ、これは、圧縮された冷媒から、第１の熱交換器２０８と第２の熱交換器２２２との間を循環することができる冷却流体に、熱を伝達することができる。
【００２７】
冷却システム２００は、冷媒を弁２０４を介して冷却システム２００に導入することができる冷媒供給システム２０２含むことができる。冷媒は圧縮システム２０６に送達され、圧縮システムは外部電源から電力２０７を受け取ることができる。その後、冷媒は第１の熱交換器２０８に移動することができ、この第１の熱交換器はコンデンサとも呼ばれる。次いで、冷媒は、冷却システム１００に関して上述したように、膨張弁２１０および熱交換器２１２を通って移動し、流入空気２１４を冷却することができる。空気２１６は、熱交換器２１２を通って移動するので、熱交換器２１２内で冷媒２１８と熱交換することによって冷却され得る。次いで、空気２２０を熱交換器２１２から放出して、容積２０１を冷却することができる。次いで、冷媒を圧縮システム２０６に送り返すことができ、サイクルを繰り返すことができる。
【００２８】
図示の例では、第１の熱交換器２０８内の冷媒２２４からの熱は、冷却流体２２６に伝達され、冷却流体は、第１の熱交換器２０８と第２の熱交換器２２２との間を循環することができる。冷却流体は、例えば、水または別の冷媒であってよく、第１の熱交換器２０８と第２の熱交換器２２２との間でポンプ２２８を用いて圧送することができる。図２に示すように、ポンプ２２８および第２の熱交換器２２２は、容積２０１の外側に配置することができる。第２の熱交換器２２２は、例えば、冷却塔または空冷コンデンサとすることができる。
【００２９】
図１および図２に示される冷却システム１００、２００の両方について、冷媒１０９、２２４から抽出された熱は、最終的には、容積１０１、２０１の外部に放出される。したがって、この構成は、冷却システム１００、２００の屋内構成要素と屋外構成要素との間に流体送達ラインが延びることを必要とする。このような制約は、冷却システムのデザインの複雑さを増大させ、そのデザインを実施する際の複雑さを増大させる可能性がある。さらに、冷媒からの熱を屋外環境に放出することによって、かなりの量のエネルギーが浪費される可能性がある。従って、圧縮された冷媒からの熱を有用な電力に変換することができる廃熱回収システムを含む冷却システムを利用することが有益であり得る。このようなシステムは、管理すべき廃熱が少ないので、冷却システムの全ての構成要素を同じ一般的な近傍に配置することを可能にし得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、廃熱回収システムは、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）とを利用することができる。ゼーベック発電機とも呼ばれ得る、ＴＥＧは、ゼーベック効果を利用して熱流束（温度差）を電気エネルギーに変換する固体デバイスとすることができる。ＴＥＧの一方の側を高温面に結合し、他方の側を低温面に結合することができる。
【００３１】
図３は、ＴＥＧ３５０を含むことができる熱電システム３００の一例を示す。熱電システム３００は、ＴＥＧ３５０および負荷３０６を含むことができる。ＴＥＧ３５０は、ＴＥＧ３５０の第１の端部上の「高温部材」と呼ぶことができる、第１の熱伝導素子３０２と、ＴＥＧ３５０の第２の端部上の「低温部材」と呼ぶことができる、第２の熱伝導素子３０４と、を含み得る。ＴＥＧ３５０は、少なくとも１つのｎ型半導体３５２と、少なくとも１つのｐ型半導体３５４とを含むことができ、これらは、第１の熱伝導素子３０２と第２の熱伝導素子３０４との間に配置することができ、いくつかの伝導性部材によって直列に結合することができる。図示の実施形態は、第１の伝導性部材３５６、第２の伝導性部材３５８、および第３の伝導性部材３６０を示す。第１の伝導性部材３５６は、ｐ型半導体３５４の第１の端部に結合され、第３の伝導性部材３６０は、ｎ型半導体の第１の端部に結合され、第２の伝導性部材３５８は、ｐ型半導体３５４およびｎ型半導体３５２が直列に結合されるように、ｐ型半導体３５４およびｎ型半導体３５２の第２の端部に結合される。第１の伝導性部材３５６および第３の伝導性部材３６０は、負荷３０６に電気的に結合することができ、その結果、電力をＴＥＧ３５０から負荷３０６に送達することができる。
【００３２】
動作中、第１の熱伝導素子３０２は、外部熱源から熱を受け取ることができ、第１の熱伝導素子３０２は温度Ｔ３ａになることができ、第２の熱伝導素子３０４は温度Ｔ３ｂになることができ、ここで、Ｔ３ａ＞Ｔ３ｂである。一部の実施形態では、Ｔ３ａ＞Ｔ３ｂを確実にするために、第２の熱伝導素子３０４から熱を抽出することができる。第１の熱伝導素子３０２および第２の熱伝導素子３０４は、ｐ型半導体３５４およびｎ型半導体３５２にわたって熱勾配を形成することができ、これにより、ｐ型半導体３５４およびｎ型半導体３５２内の大部分の電荷キャリアが第１の熱伝導素子３０２から離れて第２の熱伝導素子３０４に向かって移動することができ、少数の電荷キャリアが反対方向に移動することができる。したがって、ｎ型半導体３５２の電子は第２の熱伝導素子３０４に向かって移動することができ、ｐ型半導体３５４の正電荷の「正孔」は第２の熱伝導素子３０４に向かって移動することができる。この電荷運動は、各半導体３５２、３５４にわたって電圧電位を発生させることができる。半導体３５２、３５４は回路内で直列に結合されているので、電流を流すことができる。したがって、電子は、ｎ型半導体３５２から第３の伝導性部材３６０を通り、負荷３０６を通り、第１の伝導性部材３５６を通り、ｐ型半導体３５４を通り、第２の伝導性部材３５８まで移動し、ｎ型半導体３５２に戻り、回路を完成することができる。したがって、ＴＥＧ３５０は、ＴＥＧ３５０から負荷３０６に送達され得る電力を生成することができる。第１の熱伝導素子３０２にどれだけの熱が送達されるか、および／または第２の熱伝導素子３０４からどれだけの熱が抽出されるかを制御することによって、半導体３５２、３５４にわたる温度勾配を制御することができ、ＴＥＧの効率を最適化することができ、発電を制御することができる。
【００３３】
ペルチェ素子、ペルチェヒートポンプ、および固体冷蔵庫と呼ばれることがあるＴＥＣは、ＤＣ電流を受け取ることができ、電流内のエネルギーを利用して、デバイスの一方の側からデバイスの他方の側へ熱を伝達することができる。
【００３４】
図４は、ＴＥＣ４５０を含むことができる熱電システム４００の例を示す。熱電システム４００は、ＴＥＣ４５０および電源４０６を含むことができる。ＴＥＣ４５０は、ＴＥＣ４５０の第１の端部上の第１の熱伝導素子４０２と、ＴＥＣ４５０の第２の端部上の第２の熱伝導素子４０４と、を含むことができる。ＴＥＣ４５０は、少なくとも１つのｎ型半導体４５２と、少なくとも１つのｐ型半導体４５４とを含むことができ、これらは、第１の熱伝導素子４０２と第２の熱伝導素子４０４との間に配置することができる。ｎ型半導体４５２およびｐ型半導体４５４は、いくつかの伝導性部材によって直列に結合することができる。図示された実施形態は、第１の伝導性部材４５６、第２の伝導性部材４５８および第３の伝導性部材４６０を示しており、これらの伝導性部材は、ｎ型半導体３５２およびｐ型半導体３５４に結合される第１の伝導性部材３５６、第２の伝導性部材３５８、および第３の伝導性部材３６０に関して上述したのと同様の方法で、ｎ型半導体４５２およびｐ型半導体４５４に結合され得る。
【００３５】
この場合、第１の伝導性部材４５６および第３の伝導性部材４６０は、電源４０６に電気的に結合され得、電流が、所定の電圧で半導体４５２、４５４を流れることができる。動作中、電流は、電源４０６の負端子から、第１の伝導性部材４５６、ｐ型半導体４５４、第２の伝導性部材４５８、ｎ型半導体４５２、第３の伝導性部材４６０を通って、電源４０６の正端子に流れることができる。したがって、ｎ型半導体４５２の電子は第２の熱伝導素子４０４に向かって移動することができ、ｐ型半導体４５４の正電荷の「正孔」は第２の熱伝導素子４０４に向かって移動することができる。この電荷運動は、半導体４５２、４５４の各々にわたって温度勾配を生じ、冷却された端部は、半導体４５２、４５４の各々に対する大部分の電荷キャリアの方向電荷運動（direction charge motion）に対応する。したがって、ＴＥＣ４５０を通って流れる電流によって、第１の熱伝導素子４０２が加熱され得、第２の熱伝導素子４０４が冷却される。したがって、第１の熱伝導素子４０２を温度Ｔ４ａに加熱し、第２の熱伝導素子４０４を温度Ｔ４ｂに冷却することができ、Ｔ４ａ＞Ｔ４ｂである。電圧および電流を制御することによって、半導体４５２、４５４にわたる温度勾配を制御することができる。したがって、第１の熱伝導素子４０２および第２の熱伝導素子４０４の温度Ｔ４ａ、Ｔ４ｂを制御することができる。
【００３６】
ＴＥＧは、熱を電力に変換するために使用することができる。しかしながら、ＴＥＧの効率は、ＴＥＧ内で使用される半導体にわたる熱勾配に敏感であり得る。したがって、ＴＥＣを使用して、ＴＥＧ内の半導体にわたる温度勾配を管理することができる。
【００３７】
図５は、容積５０１の少なくとも一部を冷却するために使用することができる冷却システム５００の一例を示す。容積５０１は、例えば、データセンターの屋内部分であってもよく、または、データセンターの屋内部分を含んでもよい。冷却システム５００は、概して、冷却システム１００と同様であり得るが、圧縮冷媒から熱を除去し、電気エネルギーを生成し得るエネルギー回収（ＥＲ）コンデンサシステム６００を含むことができる。冷却システム５００は、冷却システム１００に関して上述したように、ＥＲコンデンサシステム６００と、冷媒供給システム５０２と、弁５０４と、外部電源から電力５０７を受け取ることができる圧縮システム５０６と、膨張弁５１０と、流入空気５１４を冷却するための熱交換器５１２とを、含むことができる。空気５１６は、熱交換器５１２を通って移動するので、熱交換器５１２内で冷媒５１８と熱交換することによって冷却することができる。次いで、空気５２０を熱交換器５１２から放出して、容積５０１を冷却することができる。
【００３８】
図６は、ＥＲコンデンサシステム６００の概略図を示す。ＥＲコンデンサシステム６００は、発電（Ｐ−Ｇｅｎ）コンデンサ６０８、電力管理モジュール６３０、および熱管理モジュール６３２を含むことができる。電力管理モジュール６３０および熱管理モジュール６３２はそれぞれ、データを受信、処理、決定、および送達することができる少なくとも１つのデータプロセッサを含むことができる。電力管理モジュール６３０および熱管理モジュールは、結合要素６３４、６３６を使用して、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８に電気的に結合することができる。さらに、電力管理モジュール６３０は、熱管理モジュール６３２に結合要素６３８を介して電気的に結合することができる。
【００３９】
圧縮された冷媒５０３をＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８に送達することができる。冷媒５０９がＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８を通って移動するとき、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８は、圧縮プロセス中に発生する過剰な熱を除去することによって、冷媒５０９の蒸気または大部分が蒸気から主に液体状態への相変化を容易にすることができる。その後、冷媒５１１は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８を出て、図１および図２に示された冷却システム１００、２００に関して上述したように、冷却システム５００の残りの部分を通って移動することができる。冷媒５０９がＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８を通過するとき、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８内のＴＥＧは、冷媒５０９から伝達され得る熱を利用して電力を生成することができる。
【００４０】
上述のように、ＴＥＧの効率は、ＴＥＧ内で使用される半導体にわたる熱勾配に敏感であり得る。したがって、ＴＥＣを使用して、ＴＥＧ内の半導体にわたる温度勾配を管理することができる。電力管理モジュール６３０は、ＴＥＧから電力を受け取ることができ、例えば結合要素６３４を介してＴＥＣに送達することができる電力量を制御することができる。熱管理モジュール６３２は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の様々な場所の温度を監視することができ、電力管理モジュール６３０と通信して、ＴＥＧの効率を最適化するためにＴＥＣに送達される電力量を制御することができる。ＥＲコンデンサシステム６００は、以下でさらに詳細に説明される。
【００４１】
一部の実施形態では、電力管理モジュール６３０および熱管理モジュール６３２は、外部電源から電力６０１、６０３を受け取ることができる。電力６０１、６０３は、電力管理モジュール６３０内および熱管理モジュール６３２内の様々な構成要素に電力を供給するために使用することができる。
【００４２】
図７Ａ〜図７Ｂは、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の拡大側面図を示す。図７Ａに示すように、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８は、熱伝導性凝縮部材６４０、少なくとも１つのＴＥＧ、および少なくとも１つのＴＥＣを含むことができる。いくつかの実施形態では、凝縮部材６４０は、内部を通って延びる少なくとも１つの通路６４２を有することができる熱伝導性プレートであり得る。一例として、いくつかの実施形態では、凝縮部材６４０は、付加製造技術を用いて作製することができる。いくつかの実施形態において、凝縮部材６４０は、単一の材料片から作ることができる。いくつかの実施形態では、凝縮部材６４０は、任意の数の構成で凝縮部材６４０を通って延びることができる複数の通路６４２を有することができる。図示の実施形態は、第１の組のＴＥＧ６４４ａおよび第２の組のＴＥＧ６４４ｂ、ならびに第１のＴＥＣ６４６ａおよび第２のＴＥＣ６４６ｂを示す。ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂは、概して、図３に示されるＴＥＧ３５０と同様であり得、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、概して、図４に示されるＴＥＣ４５０と同様であり得る。ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、それらの端部に結合された熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄを有することができる。いくつかの実施形態において、熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄは、熱伝導性プレートの形態であってもよい。
【００４３】
図３に示されるＴＥＧ３５０に関して上述したように、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂは、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂ内の半導体に熱を伝達することができる第１の熱伝導素子と、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂ内の半導体から熱を伝達することができる第２の熱伝導素子とを含むことができる。同様に、図４に示されるＴＥＣ４５０に関して上述したように、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、電流がＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂを通って流れるときに加熱され得る第１の熱伝導素子と、電流がＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂを通って流れるときに冷却され得る第２の熱伝導素子とを含むことができる。ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄの両側に結合することができる。
【００４４】
ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の熱伝導素子が熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄの両側に結合され得るように配向され得る。従って、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第１の熱伝導素子は、熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄの両側に結合することができる。
【００４５】
第１の組のＴＥＧ６４４ａは、第１の熱伝導素子が凝縮部材６４０に結合され、第２の熱伝導素子が伝導性部材６４８ａの一方の側に結合されるように配向され得る。第１のＴＥＣ６４６ａは、第２の熱伝導素子が伝導性部材６４８ａの反対側に結合され、第１の熱伝導素子が別の伝導性部材６４８ｂの一方の側に結合されるように配向され得る。第２の組のＴＥＧ６４４ｂは、第１の熱伝導素子が伝導性部材６４８ｂの反対側に結合され、第２の熱伝導素子が別の伝導性部材６４８ｃの一方の側に結合されるように配向され得る。第２のＴＥＣ６４６ｂは、第２の熱伝導素子が伝導性部材６４８ｃの反対側に結合され、第１の熱伝導素子が別の伝導性部材６４８ｄの一方の側に結合されるように配向され得る。したがって、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の熱伝導素子は、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの第２の熱伝導素子に熱的に結合することができ、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の熱伝導素子は、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの第２の熱伝導素子から熱を抽出することができる。さらに、第１のＴＥＣ６４６ａの第１の熱伝導素子は、第２の対のＴＥＧ６４４ｂの第１の熱伝導素子に熱的に結合することができ、第１のＴＥＣ６４６ａの第１の熱伝導素子は、第２の対のＴＥＧ６４４ｂの第１の熱伝導素子に熱を送達することができる。
【００４６】
いくつかの実施形態において、伝導性部材６４８ａ、６４８ｃは、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の熱伝導素子とすることができる。凝縮部材６４０は、第１の対のＴＥＧ６４４ａの第１の熱伝導素子とすることができ、伝導性プレート６４８ｂは、第２の組のＴＥＧ６４４ｂおよび第１のＴＥＣ６４６ａの第１の熱伝導素子とすることができ、伝導性プレート６４８ｂは、第２のＴＥＣ６４６ｂの第１の熱伝導素子とすることができる。
【００４７】
図７Ｂに示すように、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８はまた、１つ以上の温度センサ６５０、６５２、６５４を含むことができる。温度センサ６５０、６５２、６５４は、例えば、熱電対および／または抵抗温度検出器（ＲＴＤ）とすることができる。温度センサ６５０は、凝縮部材６４０および／または熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄに結合することができ、６４４ａ、６４４ｂおよび／またはＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの少なくとも１つに隣接して配置することができる。温度センサ６５２、６５４は、凝縮部材６４０に結合することができ、通路６４２を通過する際の冷媒の温度を測定するために、通路６４２内に、かつ／または通路に隣接して配置することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の温度センサ６５２、６５４を通路６４２の入口に配置することができ、１つ以上の温度センサを通路６４２の出口に配置することができる。いくつかの実施形態では、温度センサ６５２、６５４は、通路６４２を通過する際の冷媒の温度を測定するために、通路６４２の長さに沿って等間隔に配置することができる。
【００４８】
図示の例では、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂは、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの２倍である。ただし、ＴＥＧおよびＴＥＣの数は、他の設計上の考慮事項によって異なる場合がある。例えば、冷媒から抽出されることが望ましい熱量は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６００内で使用されるＴＥＧおよびＴＥＣの数を決定するために使用することができる。いくつかの実施形態では、ＴＥＧは、異なる量の電力を生成するように構成することができる。例えば、冷媒から抽出されることが望ましい熱量、および／または冷媒の温度を使用して、ＴＥＧが生成するように構成されている電力量を決定することができる。例えば、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の下流部分に配置されたＴＥＧは、下流で抽出される熱が少ない場合に、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の上流部分に配置されたＴＥＧよりも少ない電力を生成するように構成することができる。従って、通路６４２の長さ、およびＴＥＧの相対位置を使用して、ＴＥＧが生成するように構成された電力量を決定することができる。別の例として、第２の組のＴＥＧ６４４ｂにわたる温度勾配は、第１の組のＴＥＧ６４４ａにわたる温度勾配よりも小さくすることができるので、第２の組のＴＥＧ６４４ｂは、第１の組のＴＥＧ６４４ａよりも少ない電力を生成するように構成することができる。さらに、ＴＥＧは、所望の出力電圧および／または電流に応じて、直列および／または並列に結合することができる。好ましい実施形態では、ＴＥＣよりも多くのＴＥＧを設けることができる。
【００４９】
動作中、冷媒は、通路６４２に入り、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８を通って移動することができ、それによって、冷媒から凝縮部材６４０に熱を伝達する。冷媒からの熱の一部は、凝縮部材６４０からＴＥＧ６４４ａの第１の端部に伝達することができる。
【００５０】
電力管理モジュール６３０は、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに電力を送達することができ、これにより、各ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第１の端部が加熱され、各ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の端部が冷却される。いくつかの実施形態では、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力は、電力管理モジュール６３０が外部電源から受け取る電力６０３の一部であってよい。各ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、異なる量の電力を受け取ることができる。
【００５１】
ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の端部は、伝導性部材６４８ａ、６４８ｃから熱を抽出することができ、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第１の端部は、伝導性部材６４８ｂ、６４８ｄに熱を送達し、それによって、伝導性部材６４８ａ、６４８ｃを冷却し、伝導性部材６４８ｂ、６４８ｄを加熱する。
【００５２】
冷却された熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｃおよび加熱された熱伝導性部材６４８ｂ、６４８ｄは、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの両側から熱を抽出し、かつ、それらに熱を伝達することができ、それによって、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂ内の半導体にわたる温度勾配を生成する。
【００５３】
ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂは、電力を生成し、電力の少なくとも一部を電力管理モジュール６３０に送達することができる。ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂが生成する電力の量は、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの半導体内の温度勾配に依存することができる。
【００５４】
電力管理モジュール６３０は、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂによって生成された電力の量を測定することができ、電力の少なくとも一部を電気エネルギーとして蓄積することができ、かつ／または電力の一部をＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達してそれらに電力供給することができる。一部の実施形態では、電力管理モジュール６３０は、バッテリに電気エネルギーを蓄積することができる。さらに、電力管理モジュール６３０は、図７Ｃに示すように、結合要素６３９を介して圧縮システム５０６に電気的に結合することができ、圧縮機に電力供給するために、電気エネルギーの一部を圧縮システム５０６に送達することができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、使用される温度センサ６５０、６５２、６５４のタイプに応じて、熱管理モジュール６３２は、電力６０１の一部を温度センサ６５０、６５２、６５４に（例えば、結合要素６３６を介して）送達してそれらに電力供給することができる。代替的に、または追加的に、電力管理モジュール６３０は、電力６０３の一部を温度センサ６５０、６５２、６５４に（例えば、結合要素６３４を介して）送達してそれらに電力供給することができる。
【００５６】
温度センサ６５０、６５２、６５４は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の様々な場所で温度を測定することができ、測定された温度を特徴付ける温度信号を熱管理モジュール６３２に（例えば結合要素６３６を介して）送達することができる。図７Ｂに示すように、温度センサ６５０は、凝縮部材６４０と、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよびＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに隣接する場所における伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄと、の温度を測定することができる。温度センサ６５２、６５４は、通路６４２内の冷媒の温度、および／または通路６４２に隣接する位置における凝縮部材６４０の温度を測定することができる。熱管理モジュール６３２は、温度信号を受信し、対応する温度を計算し、計算された温度を特徴付ける１つ以上の制御信号を電力管理モジュール６３０に送達することができる。一部の実施形態では、熱管理モジュール６３２は、電力管理モジュール６３０に命令を提供することができる。例えば、熱管理モジュール６３２は、電力管理モジュール６３０に対して、計算された温度に基づいて、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力量を増加または減少させる命令を提供することができる。例えば、いくつかの場合において、命令は、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力に対応する電圧および／または電流の変化を特徴付けるデータを含むことができる。
【００５７】
電力管理モジュール６３０は、命令を含む制御信号を受信し、それらを処理し、制御信号と共に提供される情報に基づいて、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力量を調整することができる。各ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂは、温度センサ６５０によって測定される温度に応じて、異なる量の電力を受け取ることができる。
【００５８】
温度センサ６５０、６５２、６５４によって測定された温度の変化に応じて、熱管理モジュール６３２は、調整された蓄積信号を電力管理モジュール６３０に送達して、バッテリに蓄積される電気エネルギーの量を調整することができ、かつ／または、調整された電力送達信号を電力管理モジュール６３０に送達して、電気エネルギーがＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される速度を調整することができる。一例として、熱管理モジュール６３２は、調整された電力送達信号を電力管理モジュール６３０に送達して、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力量を調整することができる。ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力量を変化させることによって、伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄの温度を変化させることができ、それによって、ＴＥＧが生成する電力量を変化させる。
【００５９】
第１のＴＥＣ６４６ａは、伝導性部材６４８ａから熱を除去して伝導性部材６４８ｂに熱を送達し、それによって伝導性部材６４８ａを冷却し、伝導性部材６４８ｂを加熱するように機能することができる。同様に、第２のＴＥＣ６４６ｂは、伝導性部材６４８ｃから伝導性部材６４８ｄに熱を伝達することにより、伝導性部材６４８ｃを冷却し、伝導性部材６４８ｄを加熱することができる。
【００６０】
前述したように、凝縮部材は冷媒から熱Ｊ６を受け取ることができ、伝導性部材６４８ｂ、６４８ｄはＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂから熱Ｊ６ｂ、Ｊ６ｄを受け取ることができる。いくつかの実施形態において、伝導性部材６４８ｂ、６４８ｄの各々が受け取る熱の量は、Ｊ６＞Ｊ６ｂ＞Ｊ６ｄとなるように、ＴＥＧおよびＴＥＣの各連続層と共に減少することができる。したがって、いくつかの実施形態において、凝縮部材６４０は、平均温度Ｔ６を有することができ、伝導性部材６４８ｂは、平均温度Ｔ６ｂを有することができ、伝導性部材６４８ｄは、平均温度Ｔ６ｄを有することができ、ここで、Ｔ６＞Ｔ６ｂ＞Ｔ６ｄである。伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄ上の様々な場所における温度は、ＴＥＧおよびＴＥＣの配置、ならびに伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄと、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂと、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂとの間に存在し得る熱抵抗の量に依存する。
【００６１】
加えて、ＴＥＧが吸収するために利用可能な熱の量は、ＴＥＧおよびＴＥＣの各連続層と共に減少することができる。したがって、第１の対のＴＥＧ６４４ａは、第２の対のＴＥＧ６４４ｂよりも多くの熱を吸収することができる。したがって、いくつかの実施形態では、第１の対のＴＥＧ６４４ａの第１の熱伝導素子は、第２の対のＴＥＧ６４４ｂの第１の熱伝導素子よりも高い温度とすることができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの使用に加えて、またはその代替として、有機ランキンサイクルを使用して、冷媒の凝縮からの廃熱を回収することができる。例えば、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサは、それに結合されたタービンを含むことができる。高温高圧の蒸気冷媒をタービンに送達することができる。冷媒がタービンを通過するとき、冷媒はタービンのシャフトを駆動することができる。タービンシャフトからの機械的仕事は、例えば圧縮システム５０６の圧縮機を駆動するために直接使用することができ、またはＤＣ発電機を使用して電気エネルギーに変換することができる。電気エネルギーは、電力管理モジュール６３０に送達することができ、ここで、電気エネルギーをバッテリに蓄積し、かつ／または所望に応じて分配することができる。例えば、電気エネルギーの一部を、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達して、それらに電力供給することができる。別の例として、電気エネルギーの一部を圧縮機システム５０６に送達して、圧縮機に電力供給することができる。次いで、冷媒は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８のコンデンサ部分に送達され得る。コンデンサシステム６００は、圧縮プロセス中に発生する過剰な熱を除去することによって、蒸気または大部分が蒸気から主に液体状態への、冷媒の相変化を容易にすることができる。冷媒は、上述したように、冷却システム５００を通って継続することができる。
【００６３】
ＥＲコンデンサシステム６００は、多くの技術的利点を提供することができる。例えば、廃熱を電力に変換することにより、冷却システム５００の効率を高めることができる。加えて、ＥＲコンデンサシステム６００は、管理すべき廃熱がより少ないので、冷却システムの全ての構成要素を同じ一般的な近傍に配置させることができる。廃熱を環境に放出する必要がないため、冷却システムのデザインを簡素化することができる。これにより、データセンターの建設および維持に関連する複雑な建設要件および／またはコストのために、本来実行可能な選択肢ではない建物または場所に、データセンターを建設することが可能になる。ＥＲコンデンサシステム６００は、外部環境との熱交換に依存することはできない。したがって、コンデンサからの熱伝達が屋外環境の温度に依存しないので、冷却システム５００は、他の冷却システム（例えば、屋根に取り付けられたコンデンサを利用する冷却システム）よりも効率的で安定している。ＥＲコンデンサシステム６００に適用される技術的利点は、本明細書に記載されるその他の主題にも適用され得る。
【００６４】
伝導性部材６４８ｂ、６４８ｄがＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂから受け取ることができる熱の量は、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第１の熱伝導素子と電動性部材６４８ｂ、６４８ｄの隣接する表面との間の熱伝導率に依存することができる。同様に、伝導性部材６４８ａ、６４８ｃから抽出できる熱の量は、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの第２の熱伝導素子と伝導性部材６４８ａ、６４８ｃの隣接する表面との間の熱伝導率に依存することができる。
【００６５】
図８は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ７０８の別の例を示しており、これは、ＥＲコンデンサシステム（例えば、図６に示すＥＲコンデンサシステム６００）内で使用することができ、図５に示す冷却システム５００のような冷却システム内で使用することができる。コンデンサ７０８は、図７Ａ〜図７Ｂに示されるＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８とほぼ同様であり得るが、温度センサ７５０を含むことができ、この温度センサは、凝縮部材７４０内および熱伝導性部材７４８ａ、７４８ｂ、７４８ｃ、７４８ｄ内に埋め込まれ得る。コンデンサ７０８は、内部を通って延びる通路７４２を有し得る凝縮部材７４０と、熱伝導性部材７４８ａ、７４８ｂ、７４８ｃ、７４８ｄと、第１の組のＴＥＧ７４４ａおよび第２の組のＴＥＧ７４４ｂと、第１のＴＥＣ７４６ａおよび第２のＴＥＣ７４６ｂと、温度センサ７５０とを含むことができる。図８に示されるように、温度センサは、凝縮部材７４０内、ならびに伝導性部材７４８ａ、７４８ｂ、７４８ｃ、７４８ｄ内に、ＴＥＧ７４４ａ、７４４ｂおよびＴＥＣ７４６ａ、７４６ｂの端部に隣接して埋め込まれ得る。温度センサ７５０を伝導性部材７４８ａ、７４８ｂ、７４８ｃ、７４８ｄ内に埋め込むことにより、センサは、ＴＥＧ７４４ａ、７４４ｂおよびＴＥＣ７４６ａ、７４６ｂの端部近傍の温度を測定することができる。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ７０８はまた、温度センサ７５２、７５４を含むことができ、この温度センサは、通路７４２内の冷媒の温度および／または通路７４２に隣接する凝縮部材７４０の温度を測定するように構成することができる。温度センサ７５２、７５４は、一般に、上述した温度センサ６５２、６５４と同様にすることができ、凝縮部材７４０に結合することができ、通路７４２を通過する際の冷媒の温度を測定するために、通路７４２内に、および／または通路７４２に隣接して配置することができる。
【００６６】
図９は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ８０８の別の例を示す。コンデンサ８０８は、図７Ａ〜図７Ｂに示すＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８とほぼ同様であり得るが、凝縮部材８４０を有してもよく、この凝縮部材は、内部を通って延びる通路８４２を有するチューブ８４１を含み得、チューブ８４１は、チューブ８４１から延びるフィン８４３を有する。いくつかの実施形態において、チューブ８４１およびフィンは、単一の材料片から作ることができる。コンデンサ８０８は、凝縮部材８４０と、熱伝導性部材８４８ａ、８４８ｂ、８４８ｃ、８４８ｄと、第１の組のＴＥＧ８４４ａおよび第２の組のＴＥＧ８４４ｂと、第１のＴＥＣ８４６ａおよび第２のＴＥＣ８４６ｂと、を含むことができる。凝縮部材８４０の構成により、凝縮部材８４０のコストを低減することができる。さらに、フィン８４３は、冷媒から第１の対のＴＥＧ８４４ａの第１の熱伝導素子への熱伝達を改善することができる。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ８０８はまた、温度センサ８５２、８５４を含むことができ、この温度センサは、通路８４２内の冷媒の温度および／または通路８４２に隣接する凝縮部材７４０の温度を測定するように構成することができる。温度センサ８５２、８５４は、一般に、上述した温度センサ６５２、６５４と同様にすることができ、凝縮部材８４０に結合することができ、通路８４２を通過する際の冷媒の温度を測定するために、通路８４２内に、および／または通路８４２に隣接して配置することができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、図１０に示すように、マルチパスＰ−Ｇｅｎコンデンサ９０８を使用して、冷媒９０３からエネルギーを回収することができる。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、上述したコンデンサシステム６００のようなコンデンサシステムの一部とすることができ、コンデンサシステムは、図５に示す冷却システム５００のような冷却システム内で使用することができる。場合によっては、マルチパスＰ−Ｇｅｎコンデンサは、マルチパスＰ−Ｇｅｎコンデンサを作り出すのに役立つ幾何学的形状を有することができる既存のコンデンサを改造する際に使用することができる。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、内部を通って延びる通路を有することができる、第１の凝縮部材９４０ａ、第２の凝縮部材９４０ｂ、および第３の凝縮部材９４０ｃを含むことができる。凝縮部材９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃは、概して、図７Ａおよび図８に示される凝縮部材６４０、７４０と同様であり得る。いくつかの実施形態では、凝縮部材９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃのうちの１つ以上は、図９に示される凝縮部材８４０と同様であってよく、フィンが延びるチューブを含むことができる。
【００６８】
Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、凝縮部材９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃに結合することができ、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成することができる、ＴＥＧを含むことができる。図示の例では、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、第１の組のＴＥＧ９４４ａ、第２の組のＴＥＧ９４４ｂ、第３の組のＴＥＧ９４４ｃ、および第４の組のＴＥＧ９４４ｄを含む。これらの組のＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄは、概して、図３に関して上述したＴＥＧ３５０と同様であり得る。
【００６９】
図３に示すＴＥＧ３５０に関して上述したように、各ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄは、熱をＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄ内の半導体に伝達することができる第１の熱伝導素子と、熱をＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄ内の半導体から離すように伝達することができる第２の熱伝導素子と、を含むことができ、それによって半導体にわたって熱勾配を生成する。熱勾配は、半導体内で電荷運動を発生させることができる。電荷運動は、各半導体にわたって電圧電位を発生させ得、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄが電力を生成することができる。
【００７０】
Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８はまた、第１の冷却ステージ９４７ａおよび第２の冷却ステージ９４７ｂを含むことができ、これらは、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄ内の半導体にわたる温度勾配を管理するように機能することができる。図１０に示すように、第１の冷却ステージ９４７ａは、第１の熱伝導性部材９４８ａ、第２の熱伝導性部材９４８ｂ、および第３の熱伝導性部材９４８ｃ、ならびに第１のＴＥＣ９４６ａおよび第２のＴＥＣ９４６ｂを含むことができる。第１のＴＥＣ９４６ａは、第１の熱伝導性部材９４８ａと第２の熱伝導性部材９４８ｂとの間に位置することができ、第２のＴＥＣ９４６ｂは、第２の熱伝導性部材９４８ｂと第３の熱伝導性部材９４８ｃとの間に位置することができる。同様に、第２の冷却ステージ９４７ｂは、第１の熱伝導性部材９４９ａ、第２の熱伝導性部材９４９ｂ、および第３の熱伝導性部材９４９ｃ、ならびに第１のＴＥＣ９５１ａおよび第２のＴＥＣ９５１ｂを含むことができる。ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂは、概して、図４に関して上述したＴＥＣ４５０と同様であり得る。一例として、既存のコンデンサを改造する場合、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄは、第１の凝縮部材９４０ａ、第２の凝縮部材９４０ｂ、および第３の凝縮部材９４０ｃを形成するチューブおよび／またはプレートに結合することができる。図１０に示すように、第１の冷却ステージ９４７ａは、第１の凝縮部材９４０ａと第２の凝縮部材９４０ｂとの間に配置することができ、第２の冷却ステージ９４７ｂは、第２の凝縮部材９４０ｂと第３の凝縮部材９４０ｃとの間に配置することができる。
【００７１】
図４に示すＴＥＣ４５０に関して上述したように、ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂは、電流がＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂを流れるときに加熱され得る第１の熱伝導素子と、電流がＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂを流れるときに冷却され得る第２の熱伝導素子とを含むことができる。
【００７２】
第１の冷却ステージ９４７ａのＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂは、電力が印加されると、第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃから第２の熱伝導性部材９４８ｂに熱が伝達され、それによって第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃを冷却するように配向され得る。例えば、第１のＴＥＣ９４６ａは、ＴＥＣ９４６ａの第２の熱伝導素子が第１の熱伝導性部材９４８ａに結合されるように配向され得、第２のＴＥＣ９４６ｂは、ＴＥＣ９４６ｂの第２の熱伝導素子が第３の熱伝導性部材９４８ｃに結合されるように配向され得る。ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂの第１の熱伝導素子は、第２の熱伝導性部材９４８ｂに結合することができる。
【００７３】
第２の冷却ステージ９４７ｂのＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂは、電力が印加されると、第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃから第２の熱伝導性部材９４９ｂに熱が伝達され、それによって第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃを冷却するように配向され得る。例えば、第１のＴＥＣ９５１ａは、ＴＥＣ９５１ａの第２の熱伝導素子が第１の熱伝導性部材９４９ａに結合されるように配向され得、第２のＴＥＣ９５１ｂは、ＴＥＣ９５１ｂの第２の熱伝導素子が第３の熱伝導性部材９４９ｃに結合されるように配向され得る。ＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂの第１の熱伝導素子は、第２の熱伝導性部材９４９ｂに結合することができる。
【００７４】
図示の例に示すように、第１の組のＴＥＧ９４４ａは、第１の凝縮部材９４０ａと第１の冷却ステージ９４７ａとの間に配置することができる。ＴＥＧ９４４ａは、第１の熱伝導素子が第１の凝縮部材９４０ａに結合され、第２の熱伝導素子が第１の冷却ステージ９４７ａの第１の熱伝導性部材９４８ａに結合されるように配向され得る。
【００７５】
第２の組のＴＥＧ９４４ｂは、第１の冷却ステージ９４７ａと第２の凝縮部材９４０ｂとの間に配置することができる。ＴＥＧ９４４ｂは、第１の熱伝導素子が第２の凝縮部材９４０ｂに結合され、第２の熱伝導素子が第１の冷却ステージ９４７ａの第３の熱伝導性部材９４８ｃに結合されるように配向され得る。
【００７６】
第３の組のＴＥＧ９４４ｃは、第２の凝縮部材９４０ｂと第２の冷却ステージ９４７ｂとの間に配置することができる。ＴＥＧ９４４ｃは、第１の熱伝導素子が第２の凝縮部材９４０ｂに結合され、第２の熱伝導素子が第２の冷却ステージ９４７ｂの第１の熱伝導性部材９４９ａに結合されるように配向され得る。
【００７７】
第４の組のＴＥＧ９４４ｄは、第２の冷却ステージ９４７ｂと第３の凝縮部材９４０ｃとの間に配置することができる。ＴＥＧ９４４ｄは、第１の熱伝導素子が第３の凝縮部材９４０ｃに結合され、第２の熱伝導素子が第２の冷却ステージ９４７ｂの第３の熱伝導性部材９４９ｃに結合されるように配向され得る。
【００７８】
動作中、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、冷媒９０３を、例えば上述した圧縮システム５０６のような圧縮システムから受け取ることができる。冷媒９０３ａは、第１の凝縮部材９４０ａの１つ以上の通路を通って流れることができ、それによって、第１の凝縮部材９４０ａに熱を伝達する。第１の凝縮部材９４０ａから出る冷媒９０５は、第２の凝縮部材９４０ｂに送達することができる。冷媒９０５ａは、第２の凝縮部材９４０ｂの１つ以上の通路を通って移動することができ、これにより、第２の凝縮部材９４０ｂに熱を伝達する。第２の凝縮部材９４０ｂから出る冷媒９０９は、第３の凝縮部材９４０ｃに送達することができる。冷媒９０９ａは、第３の凝縮部材９４０ｃの１つ以上の通路を通って移動することができ、それによって、第３の凝縮部材９４０ｃに熱を伝達する。
【００７９】
冷媒９０３ａから第１の凝縮部材９４０ａに伝達された熱の少なくとも一部は、第１の組のＴＥＧ９４４ａの第１の熱伝導素子に伝達され得る。冷媒９０５ａから第２の凝縮部材９４０ｂに伝達された熱の少なくとも一部は、第２の組のＴＥＧ９４４ｂおよび第３の組のＴＥＧ９４４ｃの第１の熱伝導素子に伝達することができる。冷媒９０９ａから第３の凝縮部材９４０ｃに伝達された熱の少なくとも一部は、第４の組のＴＥＧ９４４ｄの第１の熱伝導素子に伝達され得る。
【００８０】
場合によっては、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄに伝達される熱は、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄが電力を生成することができるように、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの半導体にわたる温度勾配を生成するのに十分であり得る。しかしながら、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの効率を改善するために、ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂを使用して、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの半導体にわたる温度勾配を制御することができる。例えば、電力管理モジュール（例えば、電力管理モジュール６３０）は、第１の冷却ステージ９４７ａの第１のＴＥＣ９４６ａおよび第２のＴＥＣ９４６ｂに電力を送達することができ、それによって、第１の冷却ステージ９４７ａの第２の熱伝導性部材９４８ｂに結合することができるＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂの第１の熱伝導素子を加熱し、第１の冷却ステージ９４７ａの第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃにそれぞれ結合することができるＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂの第２の熱伝導素子を冷却する。したがって、第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃからＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂに熱を伝達することができ、ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂから第２の熱伝導性部材９４８ｂに熱を伝達することができる。したがって、第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃをＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂにより冷却することができる。第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃは、それぞれ第１の凝縮部材９４０ａおよび第２の凝縮部材９４０ｂの温度よりも低い温度を有するように冷却することができる。したがって、第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃは、第１の組のＴＥＧ９４４ａおよび第２の組のＴＥＧ９４４ｂのヒートシンクとして機能することができる。例えば、熱は、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂの第２の熱伝導素子から第１の熱伝導性部材９４８ａおよび第３の熱伝導性部材９４８ｃに伝達され、それによって、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂの半導体にわたる温度勾配を生成することができる。
【００８１】
同様に、電力管理モジュール（例えば、電力管理モジュール６３０）は、第２の冷却ステージ９４７ｂの第１のＴＥＣ９５１ａおよび第２のＴＥＣ９５１ｂに電力を送達することができ、それによって、第２の冷却ステージ９４７ｂの第２の熱伝導性部材９４９ｂに結合することができるＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂの第１の熱伝導素子を加熱し、第２の冷却ステージ９４７ｂの第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃにそれぞれ結合することができるＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂの第２の熱伝導素子を冷却する。したがって、第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃからＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂに熱を伝達することができ、ＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂから第２の熱伝導性部材９４９ｂに熱を伝達することができる。したがって、第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃをＴＥＣ９５１ａ、９５１ｂにより冷却することができる。第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃは、第２の凝縮部材９４０ｂおよび第３の凝縮部材９４０ｃのそれぞれの温度よりも低い温度を有するように冷却することができる。したがって、第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃは、第３の組のＴＥＧ９４４ｃおよび第４の組のＴＥＧ９４４ｄのヒートシンクとして機能することができる。例えば、熱は、ＴＥＧ９４４ｃ、９４４ｄの第２の熱伝導素子から第１の熱伝導性部材９４９ａおよび第３の熱伝導性部材９４９ｃに伝達され、それによって、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂの半導体にわたる温度勾配を生成することができる。
【００８２】
電力管理モジュールは、コンデンサシステム６００に関して上述したように、各ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂに送達される電力量を制御することができる。電力管理モジュールは、ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂに送達される電力量を変更することによって、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの半導体にわたる温度勾配を調整することができる。例えば、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの半導体にわたる温度勾配を増加させるために、電力管理モジュールは、より多くの電力をＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂに送達することができ、それによって、熱伝導性部材９４８ａ、９４８ｃ、９４９ａ、９４９ｃから引き出される熱量を増加させる。あるいは、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの半導体にわたる温度勾配を増加させるために、電力管理モジュールは、ＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂに送達される電力の量を減少させ、それによって、熱伝導性部材９４８ａ、９４８ｃ、９４９ａ、９４９ｃから引き出される熱量を減少させる。
【００８３】
上述したように、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄは、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄの半導体内に形成される温度勾配の結果として電力を生成することができる。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、凝縮部材９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃの通路内の冷媒の温度、ならびにＰ−Ｇｅｎコンデンサ９０８の他の構成要素の温度を測定するように構成され得る温度センサを含むことができる。例えば、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、凝縮部材９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃ内の通路内および／または通路に隣接して配置することができる（例えば、温度センサ６５２、６５４とすることができる）温度センサを含むことができる。また、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、温度センサ（例えば温度センサ６５０）を含むことができ、この温度センサは、図７Ｂに示すＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８に関して上述したように、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄおよび／またはＴＥＣ９４６ａ、９４６ｂ、９５１ａ、９５１ｂに隣接して位置することができる。また、別の例として、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ９０８は、温度センサ（例えば温度センサ７５０）を含むことができ、この温度センサは、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８、７０８に関して上述したように、第１の冷却ステージ９４７ａの熱伝導性部材９４８ａ、９４８ｂ、９４８ｃ内、および第２の冷却ステージ９４７ｂの熱伝導性部材９４９ａ、９４９ｂ、９４９ｃ内に位置することができる。センサは、熱管理モジュール（例えば、熱管理モジュール６３２）によって電力供給、監視、および／または制御することができる。熱管理モジュールは、コンデンサシステム６００に関して上述したように、電力管理モジュールと電子通信することができる。同様に、電力管理モジュールは、コンデンサシステム６００に関して上述したように、ＴＥＧ９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄによって生成された電力を受け取り、かつ／または分配することができる。
【００８４】
冷媒９０３ａ、９０５ａ、９０９ａが第１の凝縮部材９４０ａ、第２の凝縮部材９４０ｂ、および第３の凝縮部材９４０ｃを通って移動するとき、冷媒９０３ａ、９０５ａ、９０９ａから除去される熱量は、温度センサによって測定される温度に基づいて制御することができ、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサを出る冷媒９１１の温度を制御することができる。例えば、第１の凝縮部材９４０ａ、第２の凝縮部材９４０ｂ、および第３の凝縮部材９４０ｃを通って移動する際に冷媒９０３ａ、９０５ａ、９０９ａの温度を特定の量だけ低下させることができるように、ＴＥＣに送達される電力量を制御することができる。
【００８５】
一部の実施形態では、Ｐ−ＧｅｎコンデンサのＴＥＧおよび／またはＴＥＣに機械的負荷をかけて、それらの効率を高めることができる。例えば、ＴＥＧおよび／またはＴＥＣの半導体が圧縮されるように、第１および第２の熱伝導素子（例えば、ＴＥＧ３５０の第１の熱伝導素子３０２および第２の熱伝導素子３０４、ならびにＴＥＣ４５０の第１の熱伝導素子４０２および第２の熱伝導素子４０４）に相反する力を加えることができる。
【００８６】
半導体に負荷することによって、半導体内の電子／正孔移動度を増大させることができ、それによって、動作中のＴＥＧおよび／またはＴＥＣの効率を増大させる。場合によっては、ＴＥＧおよび／またはＴＥＣに負荷することにより、ＴＥＧおよび／またはＴＥＣの構成要素間の熱抵抗率および／または電気抵抗率を減少させることができる。例えば、ＴＥＧおよび／またはＴＥＣに負荷すると、半導体と伝導性部材（例えば、ＴＥＧ３５０の伝導性部材３５６、３５８、３６０、およびＴＥＣ４５０の伝導性部材４５６、４５８、４６０）との間の電気抵抗率を低減することができる。ＴＥＧおよび／またはＴＥＣに負荷することは、ＴＥＧおよび／またはＴＥＣの熱伝導素子と、伝導性部材と、半導体との間の熱抵抗率を低減することもできる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、コンデンサシステムのＰ−Ｇｅｎコンデンサに機械的負荷をかけることができる。例えば、図７Ａに示すＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８を参照すると、凝縮部材６４０と熱伝導性部材６４８ｄに相対する負荷を加えることができ、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂとＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂとがそれらの間で圧縮される。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサに負荷すると、凝縮部材６４０とＴＥＧ６４４ａとの間の熱抵抗率を低減することができ、また、熱伝導性部材６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄとＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよび／またはＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂとの間の熱抵抗率を低減することができる。Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の構成要素間の熱抵抗率を低減することにより、熱伝達を増加させることができ、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよび／またはＴＥＣＳ６４６ａ、６４６ｂの効率を増加させることができる。いくつかの実施形態では、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサへの負荷を使用して、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよび／またはＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂ内の熱勾配を制御することができる。また、上述したように、機械的負荷は、半導体内の電子／正孔移動度を増加させ、それによって、動作中のＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂおよび／またはＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの効率を増加させることができる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、動作中のＰ−Ｇｅｎコンデンサの性能を最適化するために、ＴＥＧ、ＴＥＣ、および／またはＰ−Ｇｅｎコンデンサの機械的負荷を能動的に制御することができる。例えば、個々のＴＥＧおよびＴＥＣ、ならびに／またはＰ−Ｇｅｎコンデンサの一部に対する負荷を制御することができる。場合によっては、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサの効率を最大にするように負荷を調整することができる。他の場合には、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサの有効性（例えば、熱抽出）を最大にするように負荷を調整することができる。一例として、フィードバック制御システムを実装して、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサの効率および／または有効性を最適化することができる。
【００８９】
図１４は、ＥＲコンデンサシステム１３００の一例を示し、このシステムは、コントローラ１３０２を含み、このコントローラは、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８のＴＥＧおよびＴＥＣに加えられる負荷を管理するように構成することができる。コンデンサシステム１３００は、概して、コンデンサシステム６００と同様であり得るが、コントローラ１３０２と、Ｐ−ＧｅｎコンデンサのＴＥＧおよびＴＥＣに機械的負荷を加えるように構成された機械的負荷システム１３０４とを含み得る。コントローラ１３０２は、電力管理モジュール６３０、熱管理モジュール６３２、およびＰ−Ｇｅｎコンデンサ６０８に、例えばカプリング１３０６、１３０８、１３１０を介して、電気的に結合することができる。動作中、熱管理モジュール６３２は、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８の様々な場所の温度を監視することができ、電力管理モジュール６３０と通信して、どの程度の電力がＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達されるかを制御して、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの効率を最適化することができる。場合によっては、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力を調整するのではなく、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに加えられる機械力を調整することができる。一例として、電力管理モジュール６３０は、熱管理モジュール６３２から、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂによって提供される冷却効果を変更（例えば、増加または減少）すべきであることを示す命令を受信することができる。
【００９０】
場合によっては、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力を調整（例えば、増加または減少）して、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂによって提供される冷却効果を変更することができる。あるいは、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力を増加させるのではなく、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに加えられる機械力を変更（例えば、増加または減少）することができる。一例として、電力管理モジュール６３０は、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに印加される負荷を特徴付ける命令を生成することができ、その命令をコントローラ１３０２に送達することができる。場合によっては、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂを較正して、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂの効率に対する機械的負荷の影響を決定することができる。したがって、機械的負荷は、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達される電力の効果的な増加と相関させることができる。コントローラ１３０２は、電力管理モジュール６３０から命令を受信することができ、ＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに印加される負荷を特徴付ける命令を生成することができる。コントローラ１３０２は、機械的負荷システム１３０４に命令を送達することができ、機械的負荷システムは、負荷をＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに印加することができる。
【００９１】
場合によっては、コントローラ１３０２は、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂによって生成される電力を監視することができ、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂに加えられる機械的負荷を自動的に調整して、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの効率を最大にするように構成することができる。例えば、コントローラ１３０２は、機械的負荷システム１３０４に命令を送達し、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂに加えられる力を増加させることができる。コントローラ１３０４は、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂからの電力出力を監視することができる。負荷変化がＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂからの電力出力を増加させる場合、指定された最大許容負荷が達成されるまで、またはＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの負荷を増加させても電力出力が増加しなくなるまで、このプロセスを繰り返すことができる。代替的に、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂの負荷を増加させることによって、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂからの電力出力が減少する場合、コントローラ１３０２は、機械的負荷システム１３０４に命令を送達し、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂに加えられる負荷を減少させることができる。このプロセスは、ＴＥＧ６４４ａ、６４４ｂからの電力出力が、負荷の減少に伴って、変化しなくなるまで、所定量未満変化するまで、または最小所定負荷が達成されるまで、繰り返すことができる。コンデンサシステム６００を使用して動作することができる本明細書に記載の各冷却システムは、コンデンサシステム１３００を使用しても動作することができる。
【００９２】
いくつかの実施形態では、冷却システムは、膨張弁（例えば、膨張弁１１０、５１０）を使用するのではなく、１つ以上のスクロール膨張器を使用して、冷媒の圧力を低減することができる。図１１は、冷却システム１０００を示しており、この冷却システムは、概して冷却システム５００と同様であり得るが、スクロール膨張器１０１０を含むことができる。スクロール膨張器１０１０は、冷媒の膨張に伴うエネルギーの回収を容易にするように構成することができる。いくつかの実施形態では、スクロール膨張器１０１０は、スクロール圧縮機から作ることができる。例えば、スクロール圧縮機の一部を切断してスクロール膨張器１０１０を形成することができる。
【００９３】
最初に、低圧低温冷媒蒸気を圧縮システム５０６に送達することができる。圧縮機は、外部電源から電力５０７を受け取ることができる電気モータによって駆動することができる。冷媒が圧縮システム５０６から出るとき、冷媒は高温高圧蒸気状態とすることができる。冷媒は、その後、圧縮システム５０６の下流に、コンデンサシステム６００のＰ−Ｇｅｎコンデンサ（例えば、Ｐ−Ｇｅｎコンデンサ６０８）へと流れることができる。コンデンサシステム６００は、圧縮プロセス中に発生する過剰な熱を除去することによって、蒸気または大部分が蒸気から主に液体状態への冷媒の相変化を容易にすることができる。冷媒の少なくとも一部が凝縮状態になると、冷媒はスクロール膨張器１０１０を通って移動することができ、このスクロール膨張器は、冷媒の少なくとも一部を低圧低温液体状態にすることができる圧力降下を引き起こすことができる。
【００９４】
スクロール膨張器は、冷媒の圧力低下を容易にすることができる２つのインターリーブスクロールを含むことができる。例えば、第１のスクロールを固定することができ、第２のスクロールは、回転することなく、第２のスクロールの周りを偏心的に回ることができ、それによって、スクロール間を移動する際の冷媒の圧力を低下させることができる。第２スクロールは、圧縮システム５０６の圧縮機に（例えば、結合要素１０６０を介して）機械的に結合することができ、その結果、第２スクロールの軌道運動からの機械的エネルギーを捕捉し、利用して圧縮機を駆動し、それによって冷却システム１０００の効率を高めることができる。次いで、液体冷媒を熱交換器５１２（例えば、蒸発器）に送達し、データセンター環境からの流入空気５１４を冷却することができる。空気５１６が熱交換器を通って移動するとき、空気は、熱交換器５１２を通って移動する冷媒５１８と熱を交換することによって冷却することができる。次いで、空気５２０を熱交換器５１２から放出して、データセンターを冷却することができる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、スクロール膨張器のスクロールの軌道運動からの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、これは、冷却システムの様々な構成要素に電力供給するために使用することができる。図１２は、冷却システム１１００を示しており、この冷却システムは、概して、図１１に示す冷却システム１０００と同様であり得るが、結合要素１１６０を介してスクロール膨張器１０１０に結合された直流（ＤＣ）発電機１１６２を含んでいてもよい。スクロール膨張器１０１０の第２のスクロールの軌道運動からの機械的エネルギーは、結合要素１１６０を介してＤＣ発電機１１６２に送達することができる。ＤＣ発電機は、結合要素１１６４を介して圧縮システム５０６に電気的に結合することができる。一例として、ＤＣ発電機は、スクロール膨張器１０１０からの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、圧縮システム５０６に電力を提供して、圧縮システム５０６の圧縮機に結合要素１１６４を介して電力供給することができる。ＤＣ発電機１１６２からの電力は、外部電源からの電力５０７を補うか、またはこれに取って代わることができる。
【００９６】
代替的に、一部の実施形態では、ＤＣ発電機１１６２からの電力は、図１３に示される冷却システム１２００の実施形態に示されるように、電力管理モジュール６３０に送達することができる。図１３に示す冷却システム１２００は、概して、図１１に示す冷却システム１１００と同様であり得るが、ＤＣ発電機１１６２は、結合要素１２６４を介して電力管理モジュール６３０に電気的に結合され得る。ＤＣ発電機１１６２からの電力は、電力管理モジュール６３０に送達することができる。一例として、この電力に対応する電気エネルギーをバッテリ内に蓄積することができる。いくつかの実施形態では、電力管理モジュール６３０は、電力の一部をＴＥＣ６４６ａ、６４６ｂに送達してそれらに電力供給することができる。さらに、電力管理モジュール６３０は、電気エネルギーの一部を圧縮システム５０６に（例えば、結合要素６３９を介して）送達し、圧縮機に電力供給することができる。
【００９７】
本明細書に記載される主題の例示的な技術的効果は、廃熱を電力に変換し、それによって冷却システムの効率を高める能力を含む。さらに、本明細書に記載される主題は、管理すべき廃熱が少ないので、冷却システムの全ての構成要素を同じ一般的な近傍に配置することを可能にする。廃熱を環境に放出する必要がないため、冷却システムのデザインを簡素化することができる。これにより、データセンターの建設および維持に関連する複雑な建設要件および／またはコストのために、本来実行可能な選択肢ではない建物または場所にデータセンターを建設することが可能になる。本明細書に記載の主題は、外部環境と直接熱を交換しない冷却システムの設計を容易にすることができる。したがって、コンデンサからの熱伝達が屋外環境の温度に依存しないため、冷却システムは他の冷却システム（例えば、屋根に取り付けられたコンデンサを利用する冷却システム）よりも効率的で安定し得る。当業者は、本明細書に記載される主題は、データセンター内での適用に限定されず、廃熱を管理するために任意の冷凍システム内で適用され得ることを理解するであろう。
【００９８】
本発明の主題の幾つかの実施形態は、大量の熱を発生する産業施設からの廃熱を回収するために使用することができる。例えば、以下の説明は、セメントキルンからの廃熱を利用して電力を発生させるエネルギー回収システムの実施形態を含む。
【００９９】
セメントキルンは、炭酸カルシウムがシリカを含む鉱物と反応してケイ酸カルシウムの混合物を形成する、様々なタイプのセメントを製造する乾式再処理段階に使用することができる。乾式再処理状態の間、セメントキルンはキルン壁を通してかなりの量の熱を放散し、それは外気に排出される。したがって、廃熱として排出されるエネルギーがある。
【０１００】
本開示の態様は、熱を電気エネルギーに変換することができる熱電発電機（ＴＥＧ）を使用して電力を生成するために、キルンから放散される熱を回復することができるシステムを提供する。ＴＥＧは、ＴＥＧ内の温度勾配の結果として電気エネルギーを生成することができる。キルンからの熱の一部は、１つ以上のＴＥＧに送達され、それによって温度勾配が生成され得、ＴＥＧは電気エネルギーを生成することができる。ＴＥＧの電力出力および／または効率を改善するために、１つ以上の熱電冷却器（ＴＥＣ）が、ＴＥＧ内の温度勾配を管理するために含まれてよい。別の状況では無駄になるであろう、放散される熱を回復し、それを電気エネルギーに変換することで、全体のエネルギー消費量を削減することができる。生成された電気は、キルンシステムに戻されて、様々な電気システムを動作させ、様々なエネルギー／電気貯蔵システム、例えばバッテリに貯蔵され、かつ／または従来のグリッド電気に供給され得る。本開示の別の態様において、システムは、キルン表面の温度監視を提供することができる。キルン表面の温度を監視することにより、運転の安全性を向上させることができる。さらに、ＴＥＧは、キルン表面を冷却するように動作されてもよい。例えば、キルン表面の過熱時にキルン表面の冷却を活性化し、安全性を向上させることができる。ＴＥＧによるキルン表面の冷却は、メンテナンス目的、操作目的の、または故障によるキルンの冷却に要する時間を短縮することができる。
【０１０１】
一部の実施形態では、ＴＥＧ内の温度勾配を管理するためにＴＥＣを使用するのではなく、他の熱除去デバイスを使用することができる。例えば、ファンおよびヒートシンクの組み合わせを使用して、制御された強制対流を提供し、ＴＥＧ内の温度勾配を管理することができる。
【０１０２】
セメントの典型的な製造プロセスは、石灰石と粘土または頁岩との混合物を粉砕して微細な「粉末原料（rawmix）」を形成し、セメントキルン内で粉末原料を焼結温度に（約１４５０℃まで）加熱し、得られたクリンカーを粉砕してセメントを製造することを含む。加熱段階では、粉末原料はキルンに供給され、キルン燃料の燃焼による高温ガスと接触して徐々に加熱される。典型的には、反応を完了するためには１４００〜１４５０℃のピーク温度が必要である。部分的溶融により、材料は、典型的には直径１〜１０ｍｍの塊または小塊に凝集し、これを「クリンカー」と呼ぶ。次に、高温クリンカーは冷却器に落下してその熱の大部分を回収し、クリンカーを約１００℃に冷却する。この温度で、クリンカーは貯蔵所へ都合よく搬送され得る。
【０１０３】
いくつかのセメントキルンシステムは、これらのプロセスを達成するように設計されている。セメントキルンは、円筒形を有する（例えば、含む）ことができ、反応物の混合を容易にするために円筒形の中心軸の周りを回転させることができる。このタイプのキルンは、ロータリーキルンとも呼ばれる。図１５は、このプロセスを行うことができるセメントキルンシステムの一例を示す断面図である。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、例示的な廃熱回収システムは、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）とを含むことができる。ゼーベック発電機とも呼ばれ得るＴＥＧは、ゼーベック効果を利用して熱流束（温度差）を電気エネルギーに変換する固体デバイスであってもよい。ＴＥＧの一方の側を高温面に結合し、他方の側を低温面に結合することができる。ペルチェ素子、ペルチェヒートポンプ、および固体冷蔵庫と呼ばれることがあるＴＥＣは、ＤＣ電流を受け取ることができ、電流内のエネルギーを利用して、デバイスの一方の側からデバイスの他方の側へ熱を伝達することができる。ＴＥＧは、熱を電力に変換するために使用することができる。しかしながら、ＴＥＧの効率は、ＴＥＧ内で使用される半導体にわたる熱勾配に敏感であり得る。したがって、ＴＥＣは、ＴＥＧ内の半導体にわたる温度勾配を管理するために使用され得る。
【０１０５】
図１６は、セメントキルンからの廃熱を使用する廃熱回収システム１６００の例示的な実施形態を示す断面図である。廃熱回収システム１６００は、熱源１６１０を取り囲むことができる。実施形態において、熱源１６１０は、実質的に円筒形の形状を有してもよい。熱源１６１０は、セメントキルンを含むことができる。廃熱回収システム１６００は、熱源１６１０の周囲に配置されたベースブロック１６２０を含むことができる。ベースブロック１６２０は、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などを含む（例えば、これらで作られる）ことができる。ベースブロック１６２０の材料は、これに限定されるものではなく、一般的に熱伝導率が高く、高温での操作性、耐食性などを有する他の材料を含み得る。熱電発電機（ＴＥＧ）モジュール１６３０が第１の端部および第２の端部を有し、ＴＥＧモジュール１６３０の第１の端部は、ベースブロック１６２０に熱的に結合され、熱源１６１０から放散される熱の少なくとも一部を受け取るように構成される。熱電冷却器（ＴＥＣ）モジュール１６４０は第３の端部および第４の端部を含むことができ、ＴＥＣ１６４０の第３の端部がＴＥＧモジュール１６３０の第２の端部に熱的に結合される。ＴＥＣモジュール１６４０は電力を受け取ることができ、それによってＴＥＣモジュール１６４０の第３の端部が冷却され、ＴＥＣモジュール１６４０の第４の端部が加熱され得、ＴＥＣモジュール１６４０の第３の端部がＴＥＧモジュール１６３０の第２の端部から熱を抽出する（例えば、受け取る；運ぶ）ことができる。
【０１０６】
図１７は、ＴＥＧ１７５０を含むことができる、ＴＥＧモジュール１６３０の一例を示す。ＴＥＧモジュール１６３０は、ＴＥＧ１７５０と、負荷１７０６とを含むことができる。ＴＥＧ１７５０は、ＴＥＧ１７５０の第１の端部上の「高温部材」と呼ばれ得る第１の熱伝導素子１７０２と、ＴＥＧ１７５０の第２の端部上の「低温部材」と呼ばれ得る第２の熱伝導素子１７０４とを含むことができる。ＴＥＧ１７５０は、少なくとも１つのｎ型半導体１７５２と、少なくとも１つのｐ型半導体１７５４とを含むことができ、これらは、第１の熱伝導素子１７０２と第２の熱伝導素子１７０４との間に配置され、いくつかの伝導性部材によって直列に結合されてもよい。図示された実施形態は、第１の伝導性部材１７５６、第２の伝導性部材１７５８、および第３の伝導性部材１７６０を示す。第１の伝導性部材１７５６は、ｐ型半導体３５４の第１の端部に結合されてもよく、第３の伝導性部材１７６０は、ｎ型半導体の第１の端部に結合されてもよく、第２の伝導性部材１７５８は、ｐ型半導体１７５４およびｎ型半導体１７５２が直列に結合され得るように、ｐ型半導体１７５４およびｎ型半導体１７５２の第２の端部に結合されてもよい。第１の伝導性部材１７５６および第３の伝導性部材１７６０は、負荷１７０６に電気的に結合され得、電力がＴＥＧ１７５０から負荷１７０６に送達され得る。負荷１７０６は、様々な電気構成要素を動作させるためにキルンシステムに発電電力を供給する電気回路、デバイス、またはシステム、バッテリのような様々なエネルギー／電気貯蔵システム、および／または従来のグリッド電気に発電電気を供給する電気回路またはシステムを含むことができる。しかし、負荷１７０６はこれに限定されず、負荷１７０６は、発電電気を利用することができる任意のデバイスまたはシステムを含むことができる。
【０１０７】
動作中、第１の熱伝導素子１７０２は、外部熱源から熱を受け取ることができ、温度Ｔ１７ａになることができ、第２の熱伝導素子１７０４は、温度Ｔ１７ｂになることができ、ここで、Ｔ１７ａ＞Ｔ１７ｂである。一部の実施形態では、第２の熱伝導素子１７０４から熱を抽出して、確実にＴ１７ａ＞Ｔ１７ｂとなるようにしてもよい。第１の熱伝導素子１７０２および第２の熱伝導素子１７０４は、ｐ型半導体１７５４およびｎ型半導体１７５２にわたる熱勾配を形成することができ、これにより、ｐ型半導体１７５４およびｎ型半導体１７５２内の大部分の電荷キャリアが第１の熱伝導素子１７０２から離れて第２の熱伝導素子１７０４に向かって移動することができ、少数の電荷キャリアが反対方向に移動することができる。したがって、ｎ型半導体１７５２の電子は第２の熱伝導素子１７０４に向かって移動し、ｐ型半導体１７５４の正電荷の「正孔」は第２の熱伝導素子１７０４に向かって移動することができる。この電荷運動により、各半導体１７５２、１７５４にわたって電圧電位が発生する。半導体１７５２、１７５４は回路内で直列に結合されているため、電流が流れ得る。したがって、電子は、ｎ型半導体１７５２から、第３の伝導性部材１７６０を通って、負荷１７０６を通って、第１の伝導性部材１７５６まで移動し、ｐ型半導体１７５４を通って、第２の伝導性部材１７５８まで移動し、ｎ型半導体１７５２に戻って、回路を完成することができる。したがって、ＴＥＧ１７５０は、ＴＥＧ１７５０から負荷１７０６に送達され得る電力を生成することができる。第１の熱伝導素子１７０２に送達される熱量および／または第２の熱伝導素子１７０４から抽出される熱量を調節することによって、半導体１７５２、１７５４にわたる温度勾配を調節することができ、ＴＥＧの効率および／または出力電力を最適化することができ、発電を調節することができる。
【０１０８】
図１８は、ＴＥＣ１８５０を含むことができるＴＥＣモジュール１６４０の一例を示す断面図である。ＴＥＣモジュール１６４０は、ＴＥＣ１８５０および電源１８０６を含むことができる。ＴＥＣ１８５０は、ＴＥＣ１８５０の第１の端部上の第１の熱伝導素子１８０２と、ＴＥＣ１８５０の第２の端部上の第２の熱伝導素子１８０４とを含むことができる。ＴＥＣ１８５０は、少なくとも１つのｎ型半導体１８５２と、少なくとも１つのｐ型半導体１８５４とを含むことができ、これらは、第１の熱伝導素子１８０２と第２の熱伝導素子１８０４との間に配置することができる。ｎ型半導体１８５２およびｐ型半導体１８５４は、いくつかの伝導性部材によって直列に結合されてもよい。図示された実施形態は、第１の伝導性部材１８５６、第２の伝導性部材１８５８、および第３の伝導性部材１８６０を示し、これらは、ｎ型半導体１７５２およびｐ型半導体１７５４に結合される第１の伝導性部材１７５６、第２の伝導性部材１７５８、および第３の伝導性部材１７６０に関して上述したのと同様の方法で、ｎ型半導体１８５２およびｐ型半導体１８５４に結合され得る。
【０１０９】
この場合、第１の伝導性部材１８５６および第３の伝導性部材１８６０は、電源１８０６に電気的に結合され得、所定の電圧で電流が半導体１８５２、１８５４を通って流れることができる。動作中、電流は、電源１８０６の正端子から、第３の伝導性部材１８６０、ｎ型半導体１８５２、第２の伝導性部材１８５８、ｐ型半導体１８５４、第１の伝導性部材１８５６を通って、電源１８０６の負端子に流れることができる。したがって、ｎ型半導体１８５２の電子は第２の熱伝導素子１８０４に向かって移動し、ｐ型半導体１８５４の正電荷の「正孔」は第２の熱伝導素子１８０４に向かって移動することができる。この電荷運動は、半導体１８５２、１８５４の各々に渡って温度勾配を生じ、冷却された端部は、半導体１８５２、１８５４の各々に対する大部分の電荷キャリアの方向電荷運動に対応する。したがって、ＴＥＣ１８５０を通って流れる電流によって、第１の熱伝導素子１８０２が冷却され得、第２の熱伝導素子１８０４が加熱され得る。したがって、第１の熱伝導素子１８０２は温度Ｔ１８ａに冷却され、第２の熱伝導素子１８０４は温度Ｔ１８ｂに加熱され、Ｔ１８ａ＜Ｔ１８ｂである。電圧および電流を調整することによって、半導体１８５２、１８５４にわたる温度勾配を調整することができる。したがって、第１の熱伝導素子１８０２および第２の熱伝導素子１８０４の温度Ｔ１８ａ、Ｔ１８ｂを調整することができる。
【０１１０】
動作中、ＴＥＧモジュール１６３０は、熱源１６１０から放散される熱から電力を生成してもよく、生成された電力の少なくとも一部は、ＴＥＣモジュール１６４０に供給されてもよい。したがって、ＴＥＣモジュール１６４０は、ＴＥＧモジュール１６３０の低温部材を能動的に冷却することができる。したがって、廃熱回収システムの出力電力および／または効率を増加させることができる。
【０１１１】
再び図１６を参照すると、いくつかの実施形態では、ベースブロック１６２０は、熱源１６１０に面する側に配置された熱交換器１６５０を含むことができる。熱交換器１６５０は、対流および放射熱伝達を介して、熱源１６１０（例えば、キルン表面）とベースブロック１６２０との間のより効率的な熱伝達を促進することができる。熱交換器１６５０は、陽極酸化アルミニウム、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などを含む（例えば、これらで作られる）ことができる。熱交換器１６５０の材料は、これに限定されるものではなく、一般的に熱伝導率が高く、高温での操作性、耐食性などを有する他の材料を含み得る。一部の実施形態では、温度センサ１６７０は、熱源１６１０の表面の温度を測定するために含まれてもよい。温度センサ１６７０は、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、赤外線センサ等であってもよい。熱源１６１０の表面の温度がＴＥＧの最大動作温度よりも高い場合、高温によるＴＥＧの損傷を防ぐために、電気負荷をＴＥＧから切り離すことができる。廃熱回収システム１６００はまた、ＴＥＣモジュール１６４０の第２の端部に配置されたヒートシンク１６６０を含んでもよい。ヒートシンク１６６０は、ＴＥＣモジュール１６４０の高温表面からの熱遮断を促進することができる。
【０１１２】
図１９は、廃熱回収システムの別の例示的な実施形態を示す断面図である。図１９に示されるように、廃熱回収システムは、垂直配置で実施することができる。廃熱回収システム１９００は、ベースブロック１９２０を含むことができ、ベースブロックは、第１の垂直フィン１９２１および第２の垂直フィン１９２２を含むことができる。第１のＴＥＧモジュール１９３１は、第１の垂直フィン１９２１に熱的に結合されるように配置されてもよく、第２のＴＥＧモジュール１９３２は、第２の垂直フィン１９２２に熱的に結合されるように配置されてもよい。第１のＴＥＣモジュール１９４１は、第１のＴＥＧモジュール１９３１に熱的に結合されるように配置されてもよく、第２のＴＥＣモジュール１９４２は、第２のＴＥＧモジュール１９３２に熱的に結合されるように配置されてもよい。廃熱回収システム１９００は、第１のＴＥＣモジュール１９４１と第２のＴＥＣモジュール１９４２との間に配置され、第１のＴＥＣモジュール１９４１と第２のＴＥＣモジュール１９４２との両方に熱的に結合された、ヒートシンク１９６０も含むことができる。ヒートシンク１９６０はまた、より効率的に熱を放散するために複数の放熱フィン１９６５を含んでもよい。放熱フィン１９６５は、ヒートシンク１９６０と一体に形成されてもよいし、別に形成され、ヒートシンク１９６０に熱的に結合されてもよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、ベースブロック１９２０は、熱源１９１０に面する側に配置された熱交換器１９５０を含むことができる。熱交換器１９５０は、対流および放射熱伝達を介して、熱源１９１０（例えば、キルン表面）とベースブロック１９２０との間のより効率的な熱伝達を促進することができる。熱交換器１９５０の、熱源１９１０に対向する底面は、円筒形熱源の曲率に実質的に対応する曲面を含み、熱源をよりよく囲むことができる。いくつかの実施形態では、廃熱回収システム１９００は、ベースブロック１９２０とＴＥＧ−ＴＥＣモジュールとの間に配置された絶縁体１９８０を含み、ＴＥＧ−ＴＥＣモジュールを熱源１９１０から熱的に隔離することもできる。
【０１１４】
図１９に示す例示的な実施形態によれば、垂直配置で実施されることによって、廃熱回収システム１９００は、より多くのＴＥＧ−ＴＥＣ対をより小さなフットプリントでパックし、熱源からより多くの量の熱を回収し、それによってシステム全体の効率を高めることができる。
【０１１５】
動作中、熱源（例えば、セメントキルン）は、メンテナンス目的、操作目的で、または故障のために冷却を必要とする場合がある。熱源が冷却を必要とする場合、ＴＥＧの第１の端部が冷却され、ＴＥＧの第２の端部が加熱されるように、ＴＥＧに電力を供給することができる。したがって、ＴＥＧの逆動作によって熱源の表面が能動的に冷却され、熱源をより迅速に冷却することができる。
【０１１６】
実施形態では、複数の廃熱回収装置は、熱源（例えば、セメントキルン）に隣接して（例えば、周囲に；近くに）配置され、熱源の外面全体を囲み、掃気された熱の部分を最大にする。セメントキルンは、ベースブロックに熱入力を提供し、ＴＥＧ高温部材温度を約３５０℃に維持することができる。ＴＥＣモジュールは、ＴＥＧ低温部材温度を約３０℃に維持することができる。しかしながら、システムの動作温度は、それに限定されず、熱源からの放熱量、周囲条件等に基づいて変化し得る。
【０１１７】
図２０Ａ〜図２０Ｄは、セメントキルン周辺に設置される発電システムの例を示す図である。図２０Ａは、発電システムが設置されていないセメントキルンの例である。図２０Ｂは、発電システムの例示的な実施形態が周辺に設置されたセメントキルンの一例を示す。図２０Ｃは、デモンストレーションのために開放された発電システムを示す。図２０Ｄは、ベースブロック２００側から見た発電システムの内部構成を示している。
【０１１８】
図２１は、本開示の例示的実施形態による電気接続を示す図である。図２１に示すように、ＴＥＧ２１３０により発生した電気をＴＥＧドライバ２１５０に集め、入力電力の一部をＴＥＣドライバ２１６０に供給してもよい。ＴＥＣドライバ２１６０は、コントローラ２１７０によって生成されたＴＥＣ制御信号に基づいて、ＴＥＣ２１４０に電力を供給することができる。ＴＥＧドライバ２１５０は、電力出力を外部負荷２１２０に供給して正味の発電量を得ることができる。
【０１１９】
コントローラ２１７０は、環境センサ２１９０からデータを受信し、環境データに基づいて制御信号を生成することができる。環境データは、周囲温度、周囲湿度、風速、風向、降水データなどを含むことができる。コントローラ２１７０はまた、温度センサ２１８０からキルン表面温度データを受信することができる。温度データが第１の予め設定された温度を超える場合、コントローラ２１７０は、ＴＥＧドライバ２１５０に制御信号を送達し、ＴＥＧドライバにＴＥＧ２１３０を電気的に切断させ、ＴＥＧ２１３０からの電力抽出を停止させることができる。温度データが第２の予め設定された温度を超える場合、コントローラ２１７０は、制御信号をＴＥＧドライバ２１５０に送達し、ＴＥＧドライバにＴＥＧ２１３０に対して電気を供給させることができ、ＴＥＧ２１３０は、冷却モードで動作し、キルン表面を冷却するために使用される。第２の予め設定された温度は、第１の予め設定された温度よりも高くてもよい。いくつかの実施形態では、第２の予め設定された温度は、第１の予め設定された温度よりも低くてもよい。
【０１２０】
図２２は、本開示の例示的実施形態による、廃熱回収システムを動作させるモードを制御する方法を示すフローチャートである。ステップＳ１００において、廃熱回収システムは熱源から熱を受け取ることができる。ステップＳ２００では、受け取った熱を利用してＴＥＧにおいて電気が生成され得る。ステップＳ３００において、生成された電気の一部をＴＥＣに供給して、ＴＥＣにＴＥＧの低温部材を冷却させることができる。ステップＳ１００、Ｓ２００、Ｓ３００は、発電モードと呼ぶことができる。ステップＳ４００では、熱源の温度を監視してもよい。測定された温度が第１の予め設定された温度より低い場合、このサイクルを繰り返してもよく、システムは発電モードを維持してもよい。測定温度が第１の予め設定された温度以上である場合、コントローラは、続いて、温度が第２の予め設定された温度より高いか否かを評価する（Ｓ５００）。測定された温度が第２の予め設定された温度未満である場合、コントローラは、ＴＥＧから電力が生成されないようにＴＥＧを電気的に切断させることができる（Ｓ６００）。測定された温度が第２の予め設定された温度以上である場合、コントローラは冷却モードを作動させ得、このモードでは、コントローラは、ＴＥＧに電気を供給して、ＴＥＧが熱源の表面を冷却するようにＴＥＧを動作させることができる（Ｓ７００）。温度監視ループ（Ｓ４００、Ｓ５００、Ｓ６００、およびＳ７００）は、測定された温度が第１の予め設定された温度未満になるまで繰り返されてもよく、その場合、コントローラは、廃熱回収システムを発電モードで動作させることができる。測定された温度が第１の予め設定された温度または第２の予め設定された温度よりも高いことを検出したときにアラームを発生させてもよい。アラームは、可視および／または可聴であってもよく、任意の特定の手段に限定されない。当技術分野で既知の任意のアラームを使用することができる。
【０１２１】
本明細書に記載される主題の例示的な技術的効果は、廃熱を除去して電力に変換する能力を含み、それによって、例えばセメント製造プロセスのための全体的なエネルギー利用を増加させる。上記では、いくつかの変形例を詳細に説明したが、他の変更または追加も可能である。例えば、本明細書に記載される主題は、セメントキルン内での適用に限定されず、廃熱を除去し、回復するために任意のシステム内で適用することができる。
【０１２２】
本明細書に記載される主題の１つ以上の態様または特徴は、デジタル電子回路、集積回路、特別に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組み合わせにおいて実現することができる。これらの様々な態様または特徴は、少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサを含むプログラム可能なシステム上で実行可能および／または解釈可能な１つ以上のコンピュータプログラムにおける実装を含むことができ、このプロセッサは、記憶システム、少なくとも１つの入力デバイス、および少なくとも１つの出力デバイスからデータおよび命令を受信するように、かつこれらにデータおよび命令を送信するように結合された特殊または汎用のプログラム可能なプロセッサとすることができる。プログラム可能なシステムまたはコンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含むことができる。クライアントとサーバは、一般に互いに離れており、通常、通信ネットワークを介して相互作用する。クライアントとサーバの関係は、各コンピュータ上で実行され、互いにクライアント−サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。
【０１２３】
プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、アプリケーション、コンポーネント、またはコードとも呼ばれ得るこれらのコンピュータプログラムは、プログラム可能なプロセッサのための機械命令を含み、高水準手続き型言語、オブジェクト指向プログラミング言語、関数型プログラミング言語、論理プログラミング言語、および／またはアセンブリ／機械言語で実装することができる。本明細書で使用される場合、用語「機械可読媒体」は、機械命令および／またはデータをプログラム可能なプロセッサに提供するために使用される、任意のコンピュータプログラム製品、装置および／またはデバイス、例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、およびプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）を指し、機械可読信号として機械命令を受信する機械可読媒体を含む。用語「機械可読信号」は、プログラム可能なプロセッサに機械命令および／またはデータを提供するために使用される任意の信号を指す。機械可読媒体は、例えば、非一時的固体メモリまたは磁気ハードドライブまたは任意の同等の記憶媒体と同様に、そのような機械命令を非一時的に記憶することができる。機械可読媒体は、代替的または追加的に、例えば、１つ以上の物理プロセッサコアに関連するプロセッサキャッシュまたは他のランダムアクセスメモリなどの一時的な方法で、そのような機械命令を格納することができる。
【０１２４】
ユーザとの相互作用を提供するために、本明細書に記載される主題の１つ以上の態様または特徴は、ユーザに情報を表示するための例えば陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）モニタのようなディスプレイデバイス、ならびに、ユーザがコンピュータに入力を提供することができる、キーボードおよびポインティングデバイス、例えばマウスまたはトラックボールを有する、コンピュータ上で実施することができる。他の種類のデバイスを使用して、ユーザとの対話を提供することもできる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックのような任意の形態の感覚フィードバックであり得、ユーザからの入力は、音響的、音声的、または触覚的な入力を含む任意の形式で受信することができる。他の可能な入力デバイスは、タッチスクリーンまたは他のタッチセンシティブデバイス、例えば、単一点または多点の抵抗性または容量性トラックパッド、音声認識ハードウェアおよびソフトウェア、光学スキャナ、光学ポインタ、デジタル画像キャプチャデバイスおよび関連する解釈ソフトウェアなどを含む。
【０１２５】
上記の説明および特許請求の範囲において、「〜のうちの少なくとも１つ」または「〜のうちの１つ以上」のような句は、連結的な要素または特徴のリストに続いて生じ得る。「および／または」という用語は、２つ以上の要素または特徴のリスト中に存在してもよい。使用される文脈によって別段暗黙的または明示的に矛盾しない限り、そのような句は、列挙された要素または特徴のいずれかを個別に、または列挙された要素または特徴のいずれかを、その他の列挙された要素または特徴のいずれかと組み合わせたものを意味することを意図する。例えば、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」、「ＡおよびＢのうちの１つ以上」および「Ａおよび／またはＢ」という語句は、それぞれ、「Ａ単独、Ｂ単独、またはＡとＢの併用」を意味することを意図している。同様の解釈は、３つ以上の項目を含むリストについても意図されている。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つ以上」、および「Ａ、Ｂおよび／またはＣ」という語句は、それぞれ「Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢの併用、ＡとＣの併用、ＢとＣの併用、またはＡとＢとＣの併用」を意味することを意図している。さらに、上記および特許請求の範囲における「〜に基づく」という用語の使用は、記載されていない特徴または要素も許容されるように、「〜に少なくとも部分的に基づく」を意味することを意図している。
【０１２６】
本明細書に記載の主題は、所望の構成に応じて、システム、装置、方法、および／または物品において具現化することができる。前述の説明に記載される実施形態は、本明細書に記載される主題と一致する全ての実施形態を表すものではない。代わりに、それらは、記載された主題に関連する局面と一致する単なるいくつかの例である。上記では、いくつかの変形例を詳細に説明したが、他の変更または追加も可能である。特に、本明細書に記載されたものに加えて、さらなる特徴および／または変形を提供することができる。例えば、上述の実施形態は、開示された特徴の様々な組み合わせおよび部分的組み合わせ、ならびに／または前記に開示された、いくつかのさらなる特徴の組み合わせおよび部分的組み合わせに向けることができる。さらに、添付の図面に描かれ、かつ／または本明細書に記載された論理フローは、望ましい結果を達成するために、必ずしも示された特定の順序または連続した順序を必要としない。他の実施形態は、特許請求の範囲内であり得る。
【０１２７】
〔実施の態様〕
（１）  装置において、
流体から熱を受け取るように構成された本体と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）であって、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部は、前記本体に熱的に結合され、前記流体からの前記熱の少なくとも一部を受け取るように構成されている、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）であって、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部は、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部に熱的に結合され、前記少なくとも１つのＴＥＣは、電力を受け取るように構成され、これにより、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部を加熱し、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部を冷却して、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部が、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部から熱を抽出する、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
を含む、装置。
（２）  少なくとも１つの熱伝導性部材をさらに含む、実施態様１に記載の装置。
（３）  前記少なくとも１つのＴＥＧが前記熱伝導性部材の第１の側面に熱的に結合され、前記少なくとも１つのＴＥＣが前記熱伝導性部材の第２の側面に熱的に結合されている、実施態様２に記載の装置。
（４）  前記少なくとも１つのＴＥＧが、前記本体と前記少なくとも１つの熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合されている、実施態様２に記載の装置。
（５）  少なくとも１つの温度センサをさらに含む、実施態様１に記載の装置。
【０１２８】
（６）  前記少なくとも１つの温度センサは、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接して配置され、前記少なくとも１つの温度センサは、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接する位置でコンデンサの温度を測定するように構成されている、実施態様５に記載の装置。
（７）  前記少なくとも１つの温度センサが、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接して配置され、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの１つに隣接する位置でコンデンサの温度を測定するように構成されている、実施態様５に記載の装置。
（８）  前記少なくとも１つの温度センサが前記本体内に埋め込まれている、実施態様５に記載の装置。
（９）  システムにおいて、
第１の熱伝導性部材、第２の熱伝導性部材、および第３の熱伝導性部材と、
前記第１の熱伝導性部材と前記第２の熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合された、第１の熱電冷却器（ＴＥＣ）であって、前記第１のＴＥＣは、前記第１の熱伝導性部材から熱を除去し、前記第２の熱伝導性部材に熱を送達するように構成されている、第１の熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
前記第２の熱伝導性部材と前記第３の熱伝導性部材との間に配置され、かつこれらに結合された第２のＴＥＣであって、前記第２のＴＥＣは、前記第３の熱伝導性部材から熱を除去し、前記第２の熱伝導性部材に熱を送達するように構成されている、第２のＴＥＣと、
内部を通って延びる第１の通路を有する第１の本体であって、前記第１の通路は流体を受け取るように構成され、前記第１の本体は、前記流体から熱を受け取るように構成されている、第１の本体と、
内部を通って延びる第２の通路を有する第２の本体であって、前記第２の通路は、前記第１の通路から前記流体を受け取るように構成され、前記本体は、前記流体から熱を受け取るように構成されている、第２の本体と、
前記第１の熱伝導性部材と前記第１の本体との間に配置された第１の熱電発電機（ＴＥＧ）であって、前記第１のＴＥＧは、前記流体から前記第１の本体に伝達された熱を受け取るように構成されている、第１の熱電発電機（ＴＥＧ）と、
前記第３の熱伝導性部材と前記第２の本体との間に配置された第２のＴＥＧであって、前記第２のＴＥＧは、前記流体から前記第２の本体に伝達された熱を受け取るように構成されている、第２のＴＥＧと、
を含む、システム。
（１０）  システムにおいて、
コンデンサを含み、前記コンデンサは、
流体から熱を受け取るように構成された本体と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）であって、前記第１の端部は、前記本体に熱的に結合され、前記流体からの前記熱の少なくとも一部を受け取るように構成され、それにより、前記少なくとも１つのＴＥＧに第１の電力を生成させる、少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）と、
第１の端部および第２の端部を有する少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）であって、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部は、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部に熱的に結合され、前記少なくとも１つのＴＥＣは、第２の電力を受け取るように構成され、これにより、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部を加熱し、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部を冷却して、前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第２の端部が、前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第２の端部から熱を抽出する、少なくとも１つの熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
を含む、システム。
【０１２９】
（１１）  電力管理モジュールをさらに含む、実施態様９に記載のシステム。
（１２）  前記電力管理モジュールは、前記少なくとも１つのＴＥＧに電気的に結合され、前記第１の電力の少なくとも一部を受け取るように構成されている、実施態様１１に記載のシステム。
（１３）  前記電力管理モジュールは、前記少なくとも１つのＴＥＣに電気的に結合され、前記第２の電力の少なくとも一部を前記ＴＥＣに送達するように構成されている、実施態様１１に記載のシステム。
（１４）  前記少なくとも１つのＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部ならびに前記少なくとも１つのＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの温度センサをさらに含み、前記温度センサは、前記位置でコンデンサの温度を測定するように構成されている、実施態様９に記載のシステム。
（１５）  前記少なくとも１つの温度センサから温度信号を受信し、対応する温度を計算するように構成された熱管理モジュールをさらに含む、実施態様９に記載のシステム。
【０１３０】
（１６）  方法において、
流体を熱交換器の本体に送達することと、
前記流体から前記本体に熱を伝達することと、
前記本体から熱電発電機（ＴＥＧ）の第１の端部に熱を伝達することと、
第１の電力を熱電冷却器（ＴＥＣ）に送達し、それにより、前記ＴＥＣの第１の端部が温度を上昇させ、前記ＴＥＣの第２の端部が温度を低下させることと、
前記ＴＥＧの第２の端部から前記ＴＥＣの第２の端部に熱を伝達することと、
前記ＴＥＧの半導体にわたって温度勾配を生じさせ、それによって前記ＴＥＧに第２の電力を生成させることと、
を含む、方法。
（１７）  前記第２の電力の少なくとも一部を前記ＴＥＣに送達することをさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
（１８）  前記第２の電力の少なくとも一部をバッテリ内に貯蔵することをさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
（１９）  前記ＴＥＧの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接する場所で前記熱交換器の温度を測定することと、測定された前記温度に基づいて、前記ＴＥＣに送達される前記第１の電力の電圧および電流のうちの少なくとも１つを調節することと、をさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
（２０）  前記ＴＥＣの前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに隣接する場所で前記熱交換器の温度を測定することと、測定された前記温度に基づいて、前記ＴＥＣに送達される前記第１の電力の電圧および電流のうちの少なくとも１つを調節することと、をさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
【０１３１】
（２１）  前記第２の電力の少なくとも一部を、前記流体を圧縮する圧縮機に送達することをさらに含む、実施態様１６に記載の方法。
（２２）  装置において、
熱源に隣接して配置されたベースブロックと、
第１の端部および第２の端部を含む熱電発電機であって、前記第１の端部は、前記ベースブロックに熱的に結合され、前記熱源から熱を受け取るように構成されている、熱電発電機と、
第３の端部および第４の端部を含む熱電冷却器であって、前記第３の端部は、前記第２の端部に熱的に結合され、前記熱電冷却器は電流を受け取るように構成され、これにより、前記第３の端部を冷却し、前記第４の端部を加熱し、前記第３の端部が前記第２の端部から熱を伝導する、熱電冷却器と、
を含む、装置。
（２３）  前記熱電発電機が電力を生成するように構成され、生成された前記電力の少なくとも一部が、冷却のために前記熱電冷却器に供給される、実施態様２２に記載の装置。
（２４）  前記熱源がキルンを含む、実施態様２２に記載の装置。
（２５）  前記ベースブロックが、前記熱源に面する側に熱交換器を含む、実施態様２２に記載の装置。
【０１３２】
（２６）  前記第４の端部に配置されたヒートシンクを含む、実施態様２２に記載の装置。
（２７）  前記熱源の表面の温度を測定する温度センサを含む、実施態様２２に記載の装置。
（２８）  前記温度センサが、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、または赤外線センサである、実施態様２７に記載の装置。
（２９）  前記熱源の前記表面の前記温度が所定の温度限界よりも高いことを検出することに応答して、電流が前記熱電発電機に供給されて、前記第１の端部が冷却され、前記第２の端部が加熱される、実施態様２７に記載の装置。
（３０）  システムにおいて、
円筒形状を含むキルンと、
前記キルンを囲むように配置された、実施態様２２に記載の複数の装置と、
を含み、
前記キルンが熱源である、システム。
【０１３３】
（３１）  装置において、
熱源の上方に配置されたベースブロックと、
前記ベースブロックの左側において前記ベースブロックの上面から突出する第１の垂直フィンと、
前記ベースブロックの右側において前記ベースブロックの上面から突出する第２の垂直フィンと、
前記第１の垂直フィンの右側面に熱的に結合された第１の熱電発電機と、
前記第２の垂直フィンの左側面に熱的に結合された第２の熱電発電機と、
前記第１の熱電発電機の右側面に熱的に結合された第１の熱電冷却器と、
前記第２の熱電発電機の左側面に熱的に結合された第２の熱電冷却器と、
前記第１の熱電冷却器の右側面と前記第２の熱電冷却器の左側面の両方に熱的に結合されて配置されたヒートシンクと、
を含む、装置。
（３２）  前記第１および第２の熱電発電機が電力を生成するように構成され、生成された前記電力の少なくとも一部が、前記第１および第２の熱電冷却器に供給される、実施態様３１に記載の装置。
（３３）  前記ベースブロックが、前記熱源に面する側に熱交換器を含む、実施態様３１に記載の装置。
（３４）  前記ヒートシンクが、複数の放熱フィンを含む、実施態様３１に記載の装置。
（３５）  システムにおいて、
円筒形状を含むキルンと、
前記キルンを囲むように配置された、実施態様３１に記載の複数の装置と、
を含み、
前記キルンが熱源である、システム。
【０１３４】
（３６）  方法において、
熱源から熱を受け取ることと、
熱電発電機において受け取った前記熱で電気を生成することと、
生成した前記電気の少なくとも一部を熱電冷却器に供給することと、
を含む、方法。
（３７）  前記熱源の表面の温度を測定することと、
測定された前記温度が第１の予め設定された温度以上であると判定することに応答して前記熱電発電機を電気的に切断することと、
を含む、実施態様３６に記載の方法。
（３８）  前記熱源の表面の温度を測定することと、
測定された前記温度が第２の予め設定された温度以上であると判定することに応答して、前記熱電発電機が前記熱源を冷却するように動作されるように、前記熱電発電機に電気を供給することと、
を含む、実施態様３６に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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