PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL BUP 24/15

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL BUP 24/15"

Przybysław Lis
6 lat temu
Przeglądów:

PL 224629 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 224629 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 408272 (51) Int.Cl. F28F 13/00 (2006.01) H01L 35/00 (2006.

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F28F 13/00 ( ) H01L 35/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Termoelektryczny generator prądu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 24/15 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/17 (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH GRZESIAK, Siepraw, PL PIOTR GUZDEK, Chocznia, PL PIOTR MAĆKÓW, Kraków, PL JACEK PIEKARSKI, Kraków, PL KRZYSZTOF WITEK, Kraków, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest termoelektryczny generator prądu, wykorzystujący ciepło odpadowe, przeznaczony do zasilania w energię elektryczną urządzeń sterujących pracą pieca centralnego ogrzewania indywidualnych gospodarstw domowych. Zastosowanie własnego generatora termoelektrycznego umożliwia uniezależnienie się od zewnętrznego źródła zasilania w energię elektryczną, co zapewnia niezawodną pracę urządzenia grzewczego niezależnie od dostaw energii elektrycznej. Termoelektryczne generatory prądu wykorzystujące efekt Seebecka umożliwiają bezpośrednią konwersję energii cieplnej na energię elektryczną. Chociaż sprawność procesu konwersji energii cieplnej na energię elektryczną jest niewielka (poniżej 5%), to generatory tego typu są coraz częściej stosowane, ponieważ pozwalają na wygodne zasilanie w energię urządzeń o małym poborze mocy, bez konieczności dodatkowego okablowania. Współczesne termogeneratory wykonuje się w oparciu materiały półprzewodnikowe (e. g. tellurek bizmutu, który w zależności od wprowadzonych domieszek antymonu lub selenu wykazuje przewodnictwo typu pˮ lub typu n ). Efektywność procesu konwersji jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy stroną ciepłą a stroną zimną i jest określona zależnością: ZT = S 2 xtx /k gdzie: S współczynnik Seebecka, T różnica temperatur pomiędzy stroną ciepłą a stroną zimną, przewodność elektryczna materiału, k przewodność cieplna materiału. Z amerykańskiego opisu patentowego nr US B2 znany jest pasywnie chłodzony generator termoelektryczny. Jest to urządzenie przenośne które może być wykorzystane jako campingowy generator prądu. Urządzenie zawiera płytkowy generator termoelektryczny, który połączony jest z jednej strony z podstawą pojemnika, natomiast z drugiej strony połączony jest z metalową płytą posiadającą bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła. Źródłem ciepła może być płomień procesu spalania paliwa płynnego (e. g. alkoholu) lub biomasy, natomiast chłodzenie termogeneratora realizuje się poprzez absorpcję ciepła parowania cieczy znajdującej się w pojemniku. Czynnikiem absorbującym ciepło może być przykładowo woda, co gwarantuje, że temperatura zimnej strony stosu termoelementów nie przekroczy znacząco 100 C. Umieszczony w szczelinie pomiędzy podstawą pojemnika, a płytą metalową stos termoelektryczny został zabezpieczony przed czynnikami środowiskowymi za pośrednictwem obwodowej uszczelki odpornej na wysoką temperaturę. W celu zminimalizowania mostków cieplnych, pomiędzy metalową płytą a podstawą pojemnika, zastosowano łączniki o małej przewodności cieplnej. Z amerykańskiego opisu patentowego nr US B1 znany jest termoelektryczny generator mocy elektrycznej, w którym zastosowano półprzewodnikowe płytki wykonane z tellurku antymonu oraz tellurku bizmutu, które zostały ułożone szeregowo i naprzemiennie wzdłuż pierścienia, gdzie pomiędzy płytkami tellurku antymonu oraz tellurku bizmutu umiejscowiono, naprzemiennie, metalowe listwy doprowadzające ciepło i metalowe listwy odprowadzające ciepło. Przy czym listwy doprowadzające ciepło są usytuowane radialnie w kierunku centrum pierścienia a ich końce są ogrzewane skoncentrowanym strumieniem energii słonecznej, natomiast listwy odprowadzające ciepło są usytuowane ortogonalnie w stosunku do płaszczyzny pierścienia. Ponieważ są rozmieszczone wzdłuż zewnętrznej powierzchni walcowej są one schładzane strumieniem powietrza opływającym zewnętrzną powierzchnię generatora. Urządzenia grzewcze winne zapewniać ciągłą dostawę ciepła do obiektów mieszkalnych, z tego też względu, korzystnie, winne być również niezależne od innych źródeł zasilania, w tym również od zewnętrznych źródeł energii elektrycznej. Urządzenie według wynalazku zapewnia niezawodną dostawę niezbędnej energii wymaganej dla procesu sterowania pieca grzewczego centralnego ogrzewania. Istotą wynalazku jest termoelektryczny generator prądu, który ma kolektor ciepła spalin wylotowych w kształcie zbliżonym do wydrążonego graniastosłupa posiadającego cylindryczną powierzchnię wewnętrzną, natomiast powierzchnia zewnętrzna jest wielościanem foremnym posiadającym co najmniej sześć płaskich ścian bocznych, do których dołączono płytkowe stosy termoelektryczne, przy czym, każdy płytkowy stos termoelektryczny jest połączony za pośrednictwem płaskiego ciepłowodu z radiatorem stanowiącym rozpraszacz ciepła. W odmianie drugiej termoelektryczny generator prądu ma kolektor ciepła spalin wylotowych w kształcie zbliżonym do wydrążonego graniastosłupa posiadającego cylindryczną powierzchnię wewnętrzną natomiast powierzchnia zewnętrzna jest wielościanem foremnym posiadającym co najmniej

3 PL B1 3 sześć płaskich ścian bocznych, do których dołączono płytkowe stosy termoelektryczne, przy czym każdy płytkowy stos termoelektryczny połączony jest za pośrednictwem płaskiego ciepłowodu z absorberem ciepła schładzanym cieczą. Kolektor ciepła spalin wylotowych ma w centralnej części umieszczony kształtownik strumienia spalin w formie fragmentu elipsoidy. Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny termoelektrycznego generatora prądu, Fig. 2 przedstawia wykonanie termogeneratora w odmianie drugiej, natomiast Fig. 3 przedstawia wykonanie termoelektrycznego generatora prądu w odmianie drugiej, w której zastosowano cieczowe chłodzenie stosów termoelektrycznych. Termoelektryczny generator prądu według wynalazku ma kolektor ciepła spalin wylotowych 1 wykonany z metalu odpornego na korozję w podwyższonej temperaturze. Kolektor ciepła spalin wylotowych 1 ma sześć płaskich ścian bocznych 2, które posiadają bezpośredni kontakt cieplny z płytkowymi stosami termoelektrycznymi 3. Każdy płytkowy stos termoelektryczny 3 jest dociśnięty do płaskiej ściany bocznej 2 poprzez końcowy fragment ciepłowodu 4, na przykład za pośrednictwem elastycznej belki dociskowej. Każdy płaski ciepłowód 4 o długości ok. 25 cm ma drugi koniec połączony z radiatorem 5. Wyprowadzenia elektryczne stosów termoelektrycznych 3 połączone są szeregowo i dołączone do konwertera DC/DC dokonującego transformacji i stabilizacji napięcia. W celu poprawy wymiany ciepła pomiędzy strumieniem gorących spalin wylotowych a kolektorem ciepła spalin wylotowych 1 w centralnej części kolektora spalin wylotowych umieszczono kształtownik strumienia spalin 7 w formie fragmentu elipsoidy, zadaniem którego jest zwiększenie natężenia przepływu gorących spalin wylotowych w pobliżu wewnętrznej cylindrycznej ścianki kolektora ciepła spalin wylotowych 1, jak również nakierowanie centralnego strumienia spalin o najwyższej temperaturze w pobliże ścianek kolektora spalin wylotowych 1. W odmianie drugiej termoelektrycznego generatora prądu do schładzania stosów termoelektrycznych 3 wykorzystuje się schłodzony powrotny strumień medium służącego do transferu ciepła. W tym celu termoelektryczny generator prądu wyposażono w rurowy pierścieniowy absorber ciepła 6 otaczający korpus kolektora spalin 1 oraz zainstalowane na jego obwodzie stosy termoelektryczne 3. Płaskie elastyczne ciepłowody 4 zapewniają niezawodny transfer ciepła pomiędzy stosami termoelektrycznymi 3, a pierścieniowym absorberem ciepła 6 i jednocześnie zabezpieczają przed obecnością silnych naprężeń mechanicznych w strukturach stosów termoelektrycznych. W odmianie drugiej, możliwe jest wykonanie oszczędne poprzez zastosowanie pakietu miedzianych folii zamiast ciepłowodów cieczowych. Do pierścieniowego absorbera ciepła 6 wprowadza się część schłodzonego powrotnego strumienia medium rozprowadzającego ciepło. Zastrzeżenia patentowe 1. Termoelektryczny generator prądu zbudowany w oparciu o płytkowe stosy termoelektryczne, znamienny tym, że ma kolektor ciepła spalin wylotowych (1) w kształcie zbliżonym do wydrążonego graniastosłupa posiadającego cylindryczną powierzchnię wewnętrzną, natomiast powierzchnia zewnętrzna jest wielościanem foremnym posiadającym, co najmniej sześć płaskich ścian bocznych (2), do których dołączono płytkowe stosy termoelektryczne (3), przy czym, każdy płytkowy stos termoelektryczny jest połączony za pośrednictwem płaskiego ciepłowodu (4) z radiatorem (5) stanowiącym rozpraszacz ciepła. 2. Termoelektryczny generator prądu, znamienny tym, że ma kolektor ciepła spalin wylotowych (1) w kształcie zbliżonym do wydrążonego graniastosłupa posiadającego cylindryczną powierzchnię wewnętrzną, natomiast powierzchnia zewnętrzna jest wielościanem foremnym posiadającym, co najmniej sześć płaskich ścian bocznych (2), do których dołączono płytkowe stosy termoelektryczne (3), przy czym każdy płytkowy stos termoelektryczny (3) połączony jest za pośrednictwem płaskiego ciepłowodu (4) z absorberem ciepła (6) schładzanym cieczą. 3. Termoelektryczny generator prądu według zastrz. 1, lub zastrz. 2, znamienny tym, że kolektor ciepła spalin wylotowych (1) ma w centralnej części umieszczony kształtownik strumienia spalin (7) w formie fragmentu elipsoidy.

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)

Podobne dokumenty

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 04/13

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 04/13 PL 219056 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 219056 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 395928 (51) Int.Cl. H01L 35/30 (2006.01) F16C 41/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej