(57)【要約】  例えば太陽光の熱から電気エネルギーを生成するように構成された発電機であって、  運動／電気変換器に接続された可動キャリアと、静止した支持体を備え、  可動キャリアと静止した支持体の一方には、磁石が配置され、可動キャリアと静止した支持体の他方には、別個の強磁性要素が設けられ、  磁石が設けられた可動キャリアと支持体の一方に結合された熱源であって、連続的に強磁性要素の少なくとも１つに熱を向けて、強磁性要素をそのキュリー温度以上に温め、それにより、磁石と強磁性要素との間の磁気相互作用を介して支持体に対するキャリアの往復運動を与える熱源と、  磁石及び強磁性要素のうちの少なくとも一方を冷却するように構成された冷却システムを備え、冷却システムは例えば、移動経路の少なくとも一部に沿って、または移動経路の少なくとも一部に配置された熱電発電機またはヒートシンクとを含む。【選択図】  図２
2021508229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱から、例えば太陽光から電気エネルギーを生成するように構成された発電機であって、
移動経路に沿って往復移動可能であり、運動／電気変換器に接続された可動キャリアと、
前記移動経路に配置された静止した支持体を備え、
前記可動キャリアと前記静止した支持体の一方には、前記移動経路に沿ってまたは前記移動経路に配置された磁石が設けられ、前記可動キャリアと前記静止した支持体の他方には、前記移動経路に沿ってまたは前記移動経路に配置された別個の強磁性要素が設けられ、
前記磁石が設けられた前記可動キャリアと前記静止した支持体の一方に結合する熱源であって、前記強磁性要素の少なくとも１つに連続的に熱を向けて、前記強磁性要素をそのキュリー温度以上に温めるように構成され、それにより、前記磁石と前記強磁性要素との間の磁気相互作用を介して前記静止した支持体に対する前記可動キャリアの往復運動を与える熱源と、
前記磁石及び前記強磁性要素のうちの少なくとも一方を冷却するように構成された冷却システムとを含む発電機。
【請求項２】
前記冷却システムは、前記移動経路の少なくとも一部に沿ってまたは前記移動経路の少なくとも一部に配置された熱電発電機を含む、請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記冷却システムは、前記移動経路の少なくとも一部に沿ってまたは前記移動経路の少なくとも一部に延在するヒートシンクを含む、請求項１又は２に記載の発電機。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、前記熱電変換器を冷却するために前記熱電発電機に結合されている、請求項２又は３に記載の発電機。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、前記熱電発電機に対して前記熱源の反対側に配置される、請求項３又は４に記載の発電機。
【請求項６】
前記熱電発電機は、前記ヒートシンクと前記熱源との間の前記ヒートシンク上に配置される、請求項５に記載の発電機。
【請求項７】
キュリー温度以上に温められた前記強磁性要素を冷却するための冷却器をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項８】
前記冷却器は、前記熱源に対して前記移動経路に沿った距離で前記温められた強磁性要素に作用するように構成される、請求項７に記載の発電機。
【請求項９】
前記冷却器は、空気、冷却剤、水、ゲル、冷却フィン、冷房の群の少なくとも１つに基づく、請求項７又は８に記載の発電機。
【請求項１０】
前記冷却器は、水または冷却剤のボウルを含み、それを介して攪拌翼が可動キャリアと共に移動するように構成され、水または冷却剤は冷却のために前記強磁性要素と接触している、請求項７乃至９の何れかに記載の発電機。
【請求項１１】
前記冷却器は、熱の蓄積及びその後の使用のために蓄熱器に接続される、請求項７乃至１０の何れかに記載の発電機。
【請求項１２】
前記熱電発電機は、前記強磁性要素に対して、前記熱源の反対側に配置される、少なくとも請求項２に記載の発電機。
【請求項１３】
前記強磁性要素は、前記熱電発電機と前記熱源との間にて、前記熱電発電機上に配置される、請求項１２に記載の発電機。
【請求項１４】
前記強磁性要素は前記静止した支持体上に配置され、前記熱源及び磁石は前記可動キャリア上に配置される、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１５】
前記熱源は、温められる前記強磁性要素の前記少なくとも１つを温めて、前記強磁性要素のうちの前記温められた１つがその磁気引力を変化させて、それによりその磁石が前記強磁性要素のうちの前記温められた１つを引き付けまたは反発させる、または前記強磁性引力要素のうちの前記温められた１つに隣接する前記強磁性要素のうちの別の１つを引き付けるように構成される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱／エネルギー変換のための磁場及びキュリー効果に基づく熱力学的装置に関する。励起された運動から電気エネルギーを生成する目的で、ダイナモまたは他のタイプの発電機を熱力学的装置に結合できるか、または、ダイナモまたは他のタイプの発電機によって生成された動力エネルギー（運動）を機械エネルギーとして、例えば、ダイナモまたは他のタイプの発電機に結合された設備のための原動力として直接使用できる。
【背景技術】
【０００２】
米国公開公報２０１０／０２５３１８１号から既知であるのは、請求項１の多くの構成、例えば、フレームと、フレームに回転可能に結合されたキャリアと、キャリアに結合され、キャリアの回転中に経路を移動する磁気特性を備えた少なくとも２つの要素と、経路に向けられた磁石と、磁石に近い向きにある要素を選択的に加熱するために、経路に近くかつ経路に沿って磁石からある距離に配置される加熱要素を有するタイプの装置である。
【０００３】
既知の装置には多くの欠点がある。キャリアは加熱の影響を受けやすいため、許容できない飽和を示し、要素を加熱し始める可能性がある。加熱だけでなく、キャリアにより要素を加熱すると、加熱により加熱後に要素が十分に冷却されなくなり、これは装置全体の動作が効果的でなくなるおそれがある。米国公開公報２０１０／０２５３１８１号の開示は、そこから知られる構成を何らかの方法で変更するか、またはそうすることを検討したりする動機を与えていない。この既知の技術は、固定した主磁石と、キャリアとしてディスクに取り付けられ、熱によってキュリー温度に達した後、再び冷却して再加熱される要素としての薄いプラークの形状の磁気リングまたは磁気ディスクとに基づいている。しかしながら、磁石を加熱することは不可逆的にその磁気特性の損失をもたらすため、開示された動作は実現され得ない。
【０００４】
米国特許第４７３０１３７号から知られているのは、磁気特性を有する少なくとも１つの要素が、シャフトの周りを回転可能なホイール状キャリアのリム状ローター上に配置されている構成である。ここには、磁気特性を備えた少なくとも１つの要素が全体的に配置されているリム状のローターが、加熱に加えて、使用期間後に要素の加熱に寄与する程度まで加熱される恐れがあり、これにより、この既知の装置の主張された動作は効果的ではなくなる。
【０００５】
英国特許２２４０４３３号及び国際公開公報９４／１５３９３号は両方とも、キャリアとしての実質的に丸いディスク上及びその周りに磁気特性を有する要素としての単一のリングに関する。
日本国特開平１１-２９７８５号は、全く異なる原理に基づく構成に関するものであり、要素は、ベルト状であると思われるキャリア上に配置され、逆転ホイールの周りで動力伝達され、ベルト状キャリアは、逆転ホイールの周りで回転することが意図される。以下の実施形態の説明では、リング状のキャリアを参照するが、本開示は、エンドレスベルトキャリアを含むこともできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、既知の構成と比較して改善された装置を提供することであり、そのために、発電機は、
熱から、例えば太陽光から電気エネルギーを生成するように構成された発電機であって、
移動経路に沿って往復移動可能であり、運動／電気変換器に接続された可動キャリアと、
移動経路に配置された静止した支持体を備え、
可動キャリアと静止した支持体の一方には、移動経路に沿ってまたは移動経路に配置された磁石が設けられ、可動キャリアと静止した支持体の他方には、移動経路に沿ってまたは移動経路に配置された別個の強磁性要素が設けられ、
磁石が設けられたキャリアと静止した支持体の一方に結合する熱源であって、強磁性要素の少なくとも１つに連続的に熱を向けて、強磁性要素をそのキュリー温度以上に温めるように構成され、それにより、磁石と強磁性要素との間の磁気相互作用を介して支持体に対するキャリアの往復運動を与える熱源とを含む。
【０００７】
そのような発電機は、例えば、国際公開公報２０１４／１４１８６４号から知られており、１分当たりの回転数が低く、その結果、生成される電力も低い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この既知のシステムを改善するために、本開示によれば、磁石及び強磁性要素のうちの少なくとも１つを冷却するように構成された冷却システムが提供される。
本開示は、効率、生成エネルギーの量、及び強磁性要素の冷却の点で、すべて同時に利益を提供する。
【０００９】
冷却システムは、移動経路の少なくとも一部に沿って、または移動経路の少なくとも一部に配置された熱電発電機を含むことができる。ヨーロッパ特許１３２６２９２号から、熱電変換器における磁石の冷却が知られている。したがって、そのような熱電変換器を、本開示の装置のための冷却システムの一部として配備することは進歩的である。
【００１０】
特定の好ましい実施形態では、発電機は、移動経路の少なくとも一部に沿ってまたは移動経路の少なくとも一部に配置されたヒートシンクを追加的にまたは代替的に含むことができる。ヒートシンクは、熱電発電機に結合することができる。このようにして、熱電変換器及びヒートシンクのいずれかまたは両方を使用して装置から熱を抽出することができ、両方が使用される場合、好ましい実施形態では、ヒートシンクは、熱電変換器及び強磁性要素を冷却することができ、変換器は、装置の強磁性要素（薄板）から冷却された熱で加熱される。ヒートシンクによって集められた熱は、例えば流体タンクのストレージに蓄えることができ、熱電変換器が省略される場合、ヒートシンクをそのようなストレージと結合して、装置から直接冷却された熱を放出することができる。そして、発電機は、熱電発電機に対して、ヒートシンクが熱源の反対側に配置される構成を示すことができる。さらに、次いで、熱電発電機は、ヒートシンクと熱源との間のヒートシンク上に配置される。
【００１１】
特定の好ましい一実施形態では、発電機は、追加的にまたは代替的に、そのキュリー温度以上に温められた強磁性要素を冷却するための冷却システムを含むことができる。そして、発電機は、冷却システムが、熱供給に対して移動経路に沿った距離で温められた強磁性要素に作用するように構成される構成を示すことができる。冷却システムを備えた一実施形態では、冷却システムは、空気、冷却剤、水、ゲル、冷却フィン、冷房の群の少なくとも１つに基づくことができる。
【００１２】
特定の好ましい一実施形態では、発電機は、追加的または代替的に、熱電発電機が強磁性要素に対して熱源の反対側に配置される構成を示すことができる。そして、強磁性要素は、熱電発電機と熱源との間の熱電発電機上に配置されることができる。
【００１３】
特定の好ましい一実施形態では、発電機は、追加的または代替的に、強磁性要素が支持体上に配置され、熱源及び磁石がキャリア上に配置される構成を示すことができる。
【００１４】
特定の好ましい一実施形態では、発電機は、追加的または代替的に、熱源が、温められる強磁性要素の少なくとも１つを温めて、強磁性要素のうちの温められた１つがその磁気引力を変化させて、それによりその磁石が強磁性要素のうちの温められた１つを引き付けまたは反発させる、または強磁性引力要素のうちの温められた１つに隣接する強磁性要素のうちの別の１つを引き付けるように構成される構成を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
添付の特許請求の範囲の用語及び表現における本開示の概念の上記の表示に続いて、以下において、本開示が限定されず、単に熟練した読者に対する情報のために提供される、添付の図面における少なくとも１つの実施形態の一実施形態の説明が、本開示の概念の性質を明確に示すために提供される。
【図１】本開示に係る発電機の一実施形態の印象を補足的な斜視図で示す。
【図２】図１の実施形態の構成部品の分解斜視図を示す。
【図３】図２の構成部品の個々の斜視図を示す。
【図４】図２の構成部品の個々の斜視図を示す。
【図５】図２の構成部品の個々の斜視図を示す。
【図６】本開示に係る発電機の一実施形態の印象を補足的な斜視図で示す。
【図７】図３の矢印ＶＩＩに沿った、図３乃至図５のいくつかの部品から選択された可動部品の斜視図を示す。
【図８】図４の矢印ＶＩＩＩに沿った構成部品のうちの１つの分解斜視図を示す。
【図９】図８の矢印ＩＸに沿って組み立てられた状態の図１の構成部品の上面図を示す。
【図１０】発電機の詳細を示す。
【図１１】発電機の詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図６は、本開示に係る熱を電気エネルギーに変換するための発電機１の一実施形態の印象を示す。図１及び図６は発電機１を補完的な斜視図で示し、図２は分解図を示し、図３乃至図５、図８は発電機１の構成部品のいくつかをより詳細に示し、図７は可動部品を示す。発電機１及びその詳細は、同時に添付のすべての図を参照して以下に説明される。
【００１７】
発電機１は、１平方メートルまたはそれ以上またはそれ以下をカバーすることができ、ベース３上にハウジング２を含む。ハウジング２は、耐候性材料で作られることが好ましい。ベース３の下で、発電機は太陽追跡システム（図示せず）上に配置することができる。当技術分野では、そのような追跡システムは当業者にとって入手可能であり、そのような追跡システムのさらなる詳細はここでは省略される。
【００１８】
ベース３は、ハウジング２のための静止した支持体を形成し、その下側でオプションの開口部を閉鎖する。ベースは、ハウジング２の一体部品とすることができ、図１０、１１のハウジング２のスタッドまたは内壁２５を含み、ここでは薄板８の形状の強磁性要素を有するリング５を静的に収容する。
図示の実施形態では、ハウジング２は上面が開いており、取り外し可能な蓋１７によって閉鎖することができる。
【００１９】
リング６は、ハウジング２に対して、この実施形態ではハウジング２内でさえも回転可能である。リング６は、ハウジング２の中または上でローラーまたはベアリング（図示せず）上に回転可能に支持され、したがって、少なくとも１つの、図示された実施形態では４つの太陽熱収集器７のための可動キャリアを形成するように回転可能である。１平方メートルのハウジング２の上記の寸法に関連して、リング６は、７０ｃｍ以上にわたることができる。
【００２０】
各々の太陽熱収集器７は熱源を画定するか、または太陽熱収集器７は一緒に単一の組み合わされた熱源を画定する。太陽熱収集器７は、強磁性薄板８のリング５上の共通の焦点に焦点を合わせることができるか、またはそれぞれが複数の焦点のうちの１つに焦点を合わせることができる。４つよりも少ないかまたは多い太陽熱収集器及び関連する焦点が、本開示の範囲内で可能である。太陽熱収集器以外の熱源が、本開示の範囲内で可能であり、これもまた回転可能リング６上に配置され得るガスバーナーなどであるが、ガスなどの燃料の供給の場合、熱源が静止していて、強磁性要素８のリングが回転可能であるように構成を元に戻すことは好ましいかもしれず、これは可動部品と静止部品の運動学的反転を必要とするだけであるか、またはリング６が強磁性要素８を支持することができ、ハウジングは太陽熱収集器７を支持する。
【００２１】
リング６は例示的なものであり、代替の一実施形態では、エンドレスベルトなどを使用して、往復移動可能なキャリアを形成することができる。
回転リング６上の各々の太陽熱収集器７は、１つ以上の非イメージングリニア３Ｄレンズ１２またはドーム型非イメージングリニア３Ｄレンズ、放物面鏡、及び放物面トラフ１３を含むことができる。リング６は、太陽熱収集器７を支えるためのクロスバー１６と、リング６の回転運動から電気エネルギーを生成するためにダイナモ１５または他の電気エネルギー生成装置に接続された中心軸１４とを含む。
【００２２】
強磁性要素は、区別できる別々の薄板８であり、リング１０からの切り欠きによって形成され得る間隔９を置いて配置される。リング１０は、全体的に強磁性材料から作ることができるか、または内側及び外側エッジ１１は別の材料から作ることができる。薄板８は、強磁性材料及び/又はホイスラー合金などの合金で作ることができる。他の材料も同様に適用可能であり得る。
【００２３】
この実施形態では、太陽熱収集器７は、強磁性要素／薄板８のうちの少なくとも１つを温めるように構成される。薄板８を形成する材料のキュリー温度よりも十分な程度に高く加熱された場合、温められた薄板８の１つは、その磁気引き付け性を変化させる。この実施形態では、それは磁気特性を失い、この程度までまだ温められていない隣接する薄板８は、依然としてその通常の引き付け性を有するであろう。この実施形態では、２つの磁石１６がリング５に沿って配置され、回転可能リング６に固定され、より温められていない隣接する薄板８を引き付けて、回転可能リング６を運動状態に設定または維持する。単一の磁石１６で十分である場合もあり、または３つ以上の磁石１６が提供される場合もある。磁石１６は、永久磁石または電磁石を含むことができ、電磁石は、発電機１によって生成された電気エネルギーを使用して電力を供給することができる。電磁石は、磁場の強さと位置を調整でき得る。永久磁石は、そのリング５及び薄板８に関して、その有効性／効率に影響を与えるように位置を調整することしかできない。ホルダー１７は、リング５に対する磁石の配置を変えるために調整可能であり得る。
【００２４】
実際、磁石１６は、薄板８のうちの十分に温められた１つを引き寄せるか、または反発させるか、または強磁性要素のうちの温められた１つに隣接する別の薄板８を引き寄せる。そして、十分に温められた薄板８の相変化及びその磁気特性が変化する。これに基づいて、リング６は、ダイナモ１５及び/又はポンプ２２を駆動するために運動状態に設定または維持され、これは本明細書で以下により詳細に説明される。磁石１６は、リング５の脇及び/又は上部及び/又はその下のファンネル形状の電機子１７上に配置され得る。
【００２５】
静止したリング５は、リング１０内の薄板８に加えて、受動収集器１８、熱電発電機１９、及びヒートシンク２０を含む。ヒートシンク２０は、リング５のＴ字形ベースを画定することができる。特に、熱電発電機１９及びヒートシンク２０のうちの少なくとも１つは、冷却システムの一部を形成するために提供される。
【００２６】
上述したように、リング５は静止した支持体であり、リング６は回転可能であり、往復移動可能である。この理由は、複数の熱電発電機１９への電気コネクタによって形成される。しかしながら、電気エネルギーの出力のためにドラッグ接点を使用することができ、それによりリング５は往復移動可能なキャリアとすることができ、磁石１６及び太陽熱収集器７を備えたリング６を静止した支持体とすることができる。
【００２７】
熱電発電機１９とヒートシンク２０の両方を有する図示の実施形態では、熱電発電機１９は、温められた後の薄板８の冷却に寄与し、薄板からの放出熱を使用して電気エネルギーを生成し、それにより発電機１の効率と電気出力が増加し、薄板をさらに冷却する必要性が減少する。ヒートシンク２０は、薄板８から、例えば、ハウジング２内部の本体または水または冷却剤２１への熱のさらなるより速い放出に寄与する。水または冷却剤２１は、図１、図１０、及び図１１に示される水または冷却剤レベル２４までハウジング２の底部を満たす。内壁２５は斜めであり、リング５が支持され、リング５のＴ字形のベースが水または冷却剤２１内に下に延在する肩部を画定するために先細になっている。リング５に対してハウジング２の斜めの内壁２５の反対側に、ドーム２６がリング６に直接的または間接的に接続され、ドーム２６のベースで、フランジ２７がリング５の下に延在する。したがって、ハウジング２の下部にある水または冷却剤２１のコンパートメントは、リング５の上のハウジング内のスペースから効果的に分離され、（例えば、回転するスラスタまたは羽根４によって引き起こされる）乱流または水しぶきは、１つまたは複数の太陽熱収集器７に到達できない。図１１に示されるように、磁石１６は、ファンネル形状の電機子１７の上部及び/又は側面上、及び/又は水または冷却剤２１用のコンパートメント内、より詳細には羽根４上に配置され得る。
【００２８】
ハウジング２は、（独自の発明である）熱電発電機１９に加えて、または熱電発電機１９から完全に独立して、水または冷却剤ベースの冷却、例えば、ファンを使用した空冷、熱を素早く放散するためのゲル冷却の形態で薄板８の冷却を含むことができる、冷却フィンを使用することができる、及び/又は冷房システムを設置することができる。エネルギー消費冷却は、発電機１自体からのエネルギーを使用して電力を供給できる。リング５は、冷却剤または水２１の層にちょうど浸漬することができる。図示の実施形態では、リング５のＴ字形のベースだけが、水または冷却剤２１の最上レベルに延在している。ドラッグ抵抗を低減するために、リング６、太陽熱収集器７、及び磁石１６の可動部品は、水または冷却剤のレベルより上にあることが好ましい。対照的に、冷却システムを介して水または冷却剤２１を促進するために、磁石１６は、水２１を通って引きずることができる。追加的または代替的に、フィン、ブレード、または羽根４をリング６及び/又は太陽熱収集器７及び/又はファンネル形状の電機子１７に取り付けて、水または冷却剤２１を攪拌し、図１の実施形態におけるポンプ２２が省略され得るか、またはポンプ２２及び羽根４が統合された方法または相補的な方法で提供され得る程度までも循環を促進することができる。すなわち、ハウジング２内の水または冷却剤２１の過度のウォームアップを回避するために、この過度な加熱は、薄板８がそのキュリー温度以上に加熱された後、薄板８をこのキュリー温度以下に冷却するのを妨げる可能性があり、ポンプ２２及び/又は羽根４は、熱交換器２３を通して水または冷却剤２１を循環させて、ハウジング２に戻すことができる。水または冷却剤２１から熱交換器２３によって抽出された残りの熱は、暖房システム、例えば建物の中央暖房システムを支援することができる。代替的または追加的に、水または冷却剤２１は、暖房システムからの熱需要が検出されたときに後で抽出されるように、その中に熱を貯蔵することを許容することができる。さらに、後で熱を抽出するため、及び/又はエネルギーを生成するために、発電機１内で加熱された水または冷却剤２１を一時的に貯蔵するためのリザーバをさらに設けることができる。
【００２９】
さらに、太陽熱収集器７が省略されている図１０に示すように、ハウジング２の内壁２５はリング５を支持し、静止支持体を形成している。熱源は、太陽熱収集器７を使用したリング６からのものである。しかしながら、太陽熱収集器または他の収集器を収容するためのキャリアと強磁性要素を支持するための可動支持体の構成全体を逆にしてもよい。
【００３０】
図示の実施形態では、太陽熱収集器７からの熱量に応じて、任意の数の熱電発電機１９を配備することができる。熱電発電機１９は、一例として、９６または１０８個であることができ、夫々の熱電発電機１９が２＊（２Ｖ＊０．５Ａ）を生成し、１９２ワットまたは２１６ワットの収量をもたらす。熱電発電機１９は、電気エネルギーを出力するための熱収集器または蓄積器及び熱／エネルギー変換器を含むことができる。熱電発電機１９の各々は、それぞれが０．５Ａで２Ｖを生成する一対の熱電変換器を含むことができ、したがって、上記の計算では係数２に到達する。
【００３１】
強磁性薄板８の集中加熱により、これらは、この実施形態では、それらの磁気特性を失い、その結果、隣接するより低温の薄板８が磁石１６によって引き付けられるかまたは反発され、リング６が回転運動に設定または維持される。この原理は、使用されている薄板８の材料のキュリー温度に関連する２次の相変化に基づいている。リング６及びリングに接続された要素及び部品の回転は、全体として発電機１の要素または部品が過熱されないという熱的保証を可能にする。電気エネルギーは、ダイナモ１５と熱電発電機１９に基づいて出力される。得られた電気エネルギーの一部は、発電機１自体の要素及び/又は部品、例えば、冷却及び/又は冷却剤循環及び/又はポンプ２２及び/又は他の任意の部品に対して配備することができる。熱エネルギーは、後で使用するために、例えば加熱の目的で、または後で熱を電気エネルギーに変換するために、蓄えることができる。熱電発電機１９の潜在的な実施形態として、熱は、熱電対、例えばゼーベック発電機を介して電力に変換することができる。特に、そのような熱電対は、過熱されたときに脆弱になる可能性があり、したがって冷却が必要となる。
発電機１の出力の指標として、最小の即時効率は少なくとも１５％、より具体的には１９％またはさらには２０％以上であると予想され、追加の５％の効率は、例えば、電気エネルギー及び/又は温水を生成するために後で使用するための冷却剤または水２１内で蓄熱により達成することができる。
【００３２】
１平方メートルのハウジング２と７０ｃｍのリング６の前述の寸法に基づいて、例えば、毎秒１０００ジュールの量の太陽エネルギーは、最低２００Ｗに変換され、ダイナモ１５、熱電発電機１９、及びシステム内の蓄熱から出力される。
【００３３】
したがって、本開示は、熱／エネルギー変換に関する。
ａ．リング６の回転プラットフォームと組み合わせた熱源、例えば太陽熱
ａ．直射日光からの熱エネルギー入力として１つまたは複数の太陽熱収集器７によって形成された集光器であって、
ｉ．非イメージングリニア３Ｄレンズ１２、
ｉｉ．ドーム型非イメージングリニア３Ｄレンズ、
ｉｉｉ．放物面鏡、
ｉｖ．放物面トラフ１３、
のうちの少なくとも１つを含む集光器。
ｂ．他の熱源が適用可能であり得る（例えば、回転収集器と組み合わせた静止熱源）。
ｃ．中心軸１４の構造とリング６によって形成されたベースプラットフォームにより、１つ以上の永久磁石／電磁石を吊り下げ、安定した非常に摩擦のない回転を提供する。
ｂ．熱磁気スイッチングデバイス
ａ．熱が加えられたときに、薄板８内でセグメント化されたその強磁性金属及び/又は合金（ホイスラー合金）の本体内で、制御された局所的な熱磁気の第２ステージの相転移を達成することができるリング５の形状の受熱器。
ｂ．等しく薄板にセグメント化されているが、反対の形状で、加えられた熱の蓄積器として受熱器と密接に接触している二次非強磁性接触面／受熱器。
ｃ．受熱器とリング６上の回転プラットフォームとの間の相互作用中に、軸１４に回転力を生成する。
ｃ．熱電発電機１９の一部を形成する熱電対の配列を使用する熱電発電機。代替的または追加的に、熱光起電変換器を配備することができる。
ａ．熱磁気デバイスによって放出された、例えば冷却液または水に蓄えられた潜熱を電気に変換する。
ｂ．例えば、「ホイスラーのような強磁性合金またはスクッテルダイトベースの化合物」の熱電効果に基づいており、この用途のために特別に選択されている。例えば、「ゼーベック発電機」
ｃ．高温と低温の接触面を有する。
ｄ．熱エネルギー蓄積器の表面とヒートシンク２０のより低温の表面との間に組み立てられる。
ｄ．運動エネルギー変換器と温度リミッター
ａ．磁石１６の少なくとも１つの永久磁場または電磁場は、熱源の焦点から導出された熱エネルギー開口部のすぐ近くにもたらされ、薄板８がその一部である受熱器の受容面の下及び/又は横及び/又は上に配置される。磁石１６は、それらの間の等距離に取り付けられ、熱電発電機１９の熱磁気及び熱電デバイスの中心に沿って自由に回転することができる。
ｂ．磁場、選択した強磁性材料、熱磁気変換器内のキュリー温度に関連して、熱電デバイスとそれ自体の温度リミッターとして機能する。
ｃ．例えば、加熱されたものを低温流体２１でリフレッシュするための流体ポンプ２２として、熱電発電機のための追加の冷却能力を達成する。
ｄ．または、冷却が重要ではない場合に、回転と渦電流、ファラデーホイールなどに基づいて追加の電磁デバイスを考慮する。
【００３４】
図１は、本開示による装置の可能な一実施形態の印象を示す。図示されている概念的なプロトタイプは、集光型太陽光発電（ＣＳＰ）に基づく、流体冷却式の自律型熱電磁気変換器に基づいている。
この実施形態は、この変換器の様々な部分を説明する変形例の単なる描写であり、したがって、いくつかのモデル、サイズ、構造、変換タイプ、及び向きの多くの可能性のうちの１つであり、すべては異なる方式の潜在性を持っている。
【００３５】
直射日光は、少なくとも１つの非イメージングフレネルレンズ１２または放物面鏡構造で集光され、以下では能動収集器と呼ばれる、切り欠き付きの強磁性またはホイスラーのような合金のはしごのような薄いリング１０の中心に焦点を合わせ、以下の本明細書内で受動収集器１８、１９と呼ばれる切り欠き付きの磁気中性熱吸収合金で構成された、等しくはしご状に厚く、変形しにくいリング１８の上に取り付けられ、能動収集器のリング１０の下に適切に取り付けられる。熱吸収リング１８は、その下の熱電発電機１９に熱を伝える。
【００３６】
直接集光した太陽光と能動収集器１０の潜熱の蓄積は、熱電発電機１９の入力として機能し、熱電発電機１９は、次に潜熱エネルギーを電気に変換し、余分な熱を、この熱エネルギーをガス、水や冷却剤２１のような流体、または大量冷却可能な接触面に放出できるヒートシンク２０に放出する。
【００３７】
この熱エネルギーの熱力学的な流れとその電力への変換が行われている間、レンズ／放物面１２、１３の取り付け本体でもある回転リング６上でレンズ／放物面１２、１３の焦点に関連して、直接取り付けられ、方向付けられた磁石１６の磁場を使用して、二次熱磁気反応が活性化される。
【００３８】
熱収集器１０、１８の静的な取り付けと、レンズ１２及び磁石１６の磁場が配置及び保持される電機子の回転能力との間の相互作用は、熱収集器１０、１８及び熱電発電機１９内の熱電対に対する温度制御能力を処理して、軸１４に余剰の運動力を供給する。
【００３９】
次に、この力は遠心磁気ブレーキに変換され、軸１４の１分あたりの回転数を制動または解放することにより、レンズ１２または放物面トラフ１３の焦点が受け取る温度入力を制御し、したがって収集器のコア温度を増減させる。この場合、このブレーキは、使用済みの加熱された冷却液を、ポンプ２２と組み合わせて上記の冷却液蓄積コンパートメントまたは別のストレージからのより低温の流体でリフレッシュし、必要に応じて使用者に余剰の温水を提供する二次容量をもたらす。
【００４０】
非イメージングフレネルレンズと組み合わせた磁場（磁気レンズローター）
３Ｄ非イメージングリニアフレネルレンズ１２は、太陽光の近軸受光を想定し、したがって、例示的なモデル構築として選択されたと仮定して、直射日光をリング５上の焦点に集光させる最も効率的な方法と現在考えられている。しかしながら、上記に示されるように、代替形態が本開示の範囲内で利用可能である。このレンズをドーム型の３Ｄ非イメージングリニアフレネルレンズとして構成すると、さらに高い効率が可能になる。それにもかかわらず、使用された集光器は別として、この設計の回転部分６、７、１６は、それぞれがレンズ１２、ファンネル１３、１つ以上の電磁石／永久磁石１６、及び中心軸１４で構成されるレンズアセンブリを保持する電機子６で構成されており、その周りを磁石１６及びレンズ１２及び/又はファンネル１３が回転する。レンズ１２は、それが太陽から受け取る近軸配向の光をリング５上の焦点またはラインに集光させる。この集光した光は、フレネルレンズ１２とファンネル１３を通過し、ファンネル１３は、リング５への太陽光の入射の結果である不要な焦点に対する安全ガードとして機能し、焦点またはラインは、能動収集器及び受動収集器上で等しい部分をカバーするリング５上に投影される。これらの収集器１０、１８、１９は、ファンネルの開口部からわずかな距離に、そのすぐ近くに配置されており、また、トラフ１３の焦点またはラインの下部にレンズがあり、回転電機子の軸１４とセンタリングされている。
【００４１】
熱エネルギーの能動的及び受動的収集
リング状の能動収集器１０は、熱が印加されたとき、制御された局所的な熱磁気の第２ステージの相転移を受けるその能力により、磁気レンズローターの回転の原因となる。
これらの転移は、この場合、例えばレンズ１２、トラフ１３、及びトラフ１３の底部の潜在的に追加のレンズを使用して、スポット加熱されたときに活性材料内で起こり、磁石１６の印加された磁場内の所定の指定された領域内に焦点をもたらし、印加された温度に比例的に関連している。その「キュリー温度」に達すると、一部の能動的な材料は磁気吸引能力を失い、他の材料はその能力を可逆的に獲得する。
【００４２】
この場合、使用された強磁性材料は磁場によって引き付けられにくくなり、隣接するより低温の材料に吸引力、したがって回転を生み出す。
リング形状の受動収集器１８、１９は、その潜熱エネルギーを吸収する能動収集器１０とのそのリム接触を通して、及び焦点との直接接触から得られる熱の連続的な蓄積及び消散に関与する。焦点からのヒットの間隔、または換言すれば、能動収集器の薄板８間のギャップサイズは、完全な受動収集器１８、１９の直接光露出率を決定し、熱電発電機１９で使用される熱電対との関係で事前に決定する必要がある。回転スピンドル１４により多くのまたはより少ない推力を達成するために、使用される能動収集器１０の厚さに変化を与えることができる。
【００４３】
能動収集器は、磁石１６の磁場に関連する回転状態によって誘導される不要な「渦電流」の解決策として、そしてその後の両方の収集器１０、１８、１９による適切でバランスのとれた熱吸収のためにセグメント化されることは不可欠である。
例えば：受動収集器１８、１９の材料が印加された磁場に対してニュートラルである場合、さらにセグメント化は必要なく、一方で、能動収集器１０と受動収集器１８、１９が熱電対自体の一体部品になる場合、例えば、ニッケルと合金で構成される、例えば２つのタイプの積層磁気コアである場合、セグメント化は、結果として得られる回路の一部になる。この場合、サーモパイルタイプのテルル化ビスマス(Bi２Te３)の発電機が使用される。
能動収集器１０と受動収集器１８、１９の両方は、ヒートシンク２０に対して熱電発電機を挟んで組み立てられ、取り付けられる。
【００４４】
熱電変換
この場合、熱電発電機１９は、例えば、中程度の温度のＴＥＧと、低温接触面に十分な冷却エネルギーをその低温の接触面（例えば、＋３００°Ｃ／＋３０°Ｃ）及び熱収集器用に選択された適切な材料に提供できるヒートシンク２０の組み合わせの使用を構成する。このヒートシンク２０は、適切な高温／低温比に従って選択する必要があり、使用する熱電発電機１９のタイプと形状を大きく決定する。
【００４５】
強制冷却ヒートシンク２０
冷却は、多くの方法、例えば、空気／ガス、液体（水または冷却剤）、ゲル、または例えば冷却フィンの形態の質量で達成できる。しかしながら、本開示が限定されない図示の実施形態では、ポンプ２２及び熱交換器２３の閉回路ループにおいて、加熱された液体冷却剤を冷却液でリフレッシュすることにより冷却し、オプションで加熱流体用のストレージも備える。
【００４６】
閉回路の経路に沿って放熱器を配置すると、さらなる液体の冷却を達成することができるが、熱の損失は効率の損失になることを念頭に置くべきである。したがって、熱エネルギーの貯蔵は好ましい解決策と考えることができる収集器の加熱の直接の結果は、磁石／レンズのローター本体の回転であり、液体遠心ポンプなどのこの回転ポンプ２２により、加熱された液体を、貯蔵タンク及び/又は熱交換器２３からのより低温の液体でリフレッシュする。この熱交換器２３の接触面は、周囲の空気、池、水泳プール、湖、海、または他の冷却体とすることができる。
【００４７】
添付の図面を参照して本開示を当業者は理解することができるが、本開示の範囲は、開示された実施形態の特定の態様に限定されると解釈されるべきではなく、添付の独立請求項で定義され、この範囲は、一部の法域では、添付の請求項の特に定義された構成の代替構成を含むことさえあり得る。
【図１】
2021508229.tif 000003
【図２】
2021508229.tif 000004
【図３】
2021508229.tif 000005
【図４】
2021508229.tif 000006
【図５】
2021508229.tif 000007
【図６】
2021508229.tif 000008
【図７】
2021508229.tif 000009
【図８】
2021508229.tif 000010
【図９】
2021508229.tif 000011
【図１０】
2021508229.tif 000012
【図１１】
2021508229.tif 000013
【国際調査報告】
2021508229.tif 000014
2021508229.tif 000015
2021508229.tif 000016