ES2438619A1

ES2438619A1 - Generador de corriente eléctrica para el aprovechamiento de focos de calor mediante sistema termoeléctrico a base de anillas

Info

Publication number: ES2438619A1
Application number: ES201230939A
Authority: ES
Inventors: Francisco Germán NORIEGA MOSQUERA; Alberto CANANDELL ESTRADA; Antonio LÓPEZ MARTÍNEZ; Andreu CABOT; Joan Ramón MORANTE LEONART; Pascal Revirand; Dimitris NIARCHOS; Dieter Platzek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-17
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: ES2438619B1; WO2013186417A1; WO2013186417A8

Abstract

Generador de corriente eléctrica para el aprovechamiento de focos de calor mediante sistema termoeléctrico a base de anillas, conformado a partir de uno o más módulos termoeléctricos (2) que comprenden, al menos, un par anillas semiconductoras (3) de material semiconductor tipo N y tipo P SKUTTERUDITE-CoSb3, dispuestas de forma que siempre se alternan entre unas anillas aislantes (4) de vidrio e interconectadas mediante una varilla (5) de cobre, formando un bloque conectado eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo protegido dentro de una carcasa aislada térmicamente. La carcasa es un tubo externo (6) de cobre vitrificado interiormente y, opcionalmente, hay un tubo interior (10) también aislante. Las anillas semiconductoras (3) son de, las aislantes (4). La carcasa externa está térmicamente aislada mediante sistema de refrigeración por aire y/o por agua.

Description

Generador de corriente eléctrica para el aprovechamiento de focos de calor mediante sistema termoeléctrico a base de anillas

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un generador de corriente eléctrica para el aprovechamiento de focos de calor mediante sistema termoeléctrico a base de anillas, aportando a la función a que se destina varias ventajas e innovadoras características que se describirán en detalle más adelante y que suponen una destacable mejora frente a lo ya conocido en su campo de aplicación.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un generador de corriente eléctrica que se conformada a partir de uno o más conjuntos de anillas de materiales termoeléctricos acoplados entre sí, en los que se combinan anillas de material aislante vidrio con anillas de material semiconductor n y p (preferentemente de SKUTTERUDITE-CoSb3), alternando una en positivo y otra en negativo entre cada anilla aislante, estando dicho conjunto alojado en una carcasa externa metálica de cobre aislada interiormente con vidrio fundido, de forma que, convenientemente instalada, por ejemplo en un automóvil, permite la recuperación del calor proveniente de un fluido

o flujo de calor al que se acople, transformándolo, mediante efecto termoeléctrico, en energía eléctrica que se puede utilizar directamente o bien almacenar en baterías.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la energía, centrándose en el ámbito de la tecnología termoeléctrica y más concretamente en la industria dedicada a la fabricación de generadores de energía eléctrica y el automóvil.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, y como referencia al estado de la técnica, cabe mencionar que, si bien, por una parte, es ampliamente conocida la utilización de sistemas termoeléctricos y, por otra, se conocen múltiples tipos y modelos de dispositivos generadores de energía eléctrica, así como invenciones y patentes que divulgan sistemas relacionados en ellos, por parte del solicitante se desconoce la existencia de ninguno ni de ninguna otra invención que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que concretamente presenta el generador de corriente eléctrica que la presente invención preconiza, según se reivindica.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Así, el un generador de corriente eléctrica para el aprovechamiento de focos de calor mediante sistema termoeléctrico a base de anillas que la presente invención propone se configura como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que, a tenor de su implementación y de forma taxativa se configura como un ventajoso sistema de aprovechamiento del calor en múltiples aplicaciones, las cuales, dependiendo de los materiales utilizados y las dimensiones de la misma, pueden ir desde el aprovechamiento del calor producido en el tubo de escape de un vehículo, o el aprovechamiento del calor producido por la fricción de la anillas en una torre de una tubería, al aprovechamiento del calor acumulado en las torres de los hornos de una instalación siderúrgica, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que distinguen el conjunto anular preconizado de lo ya conocido en el estado de la técnica, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo.

De forma concreta, lo que la invención propone es un generador de corriente eléctrica que puede comprender múltiples módulos termoeléctricos formados por conjuntos de anillas de material eléctricamente aislante y térmicamente buen conductor, entre las que se intercalan dos tipos de semiconductores n y p, también en forma de anillas, y que pueden ser de diversos materiales, pero que preferentemente con de SKUTTERUDITE-CoSb3 y, en cualquier caso, soportan altas temperaturas y cuyo rango de trabajo está entre los 200 y 600 ºC, de manera que permiten, según los materiales, la recuperación del calor existente en un foco al que se acople el conjunto, transformándolo en energía eléctrica que se pueda utilizar directamente en el extremo opuesto de la misma o bien almacenarla en baterías.

Más concretamente, estos módulos termoeléctricos están conformados a partir de al menos un par de anillas semiconductoras n y p, disponiéndose el semiconductor positivo y el negativo en posición alterna, para conseguir una conexión en serie de estas, eléctricamente hablando, y entre ellas una anilla aislante, preferentemente de vidrio, existiendo una varilla o pin interconector de cobre que atraviesa dicha anilla aislante para interconectar las anillas semiconductoras n y p.

Además, al menos, cada par de anillas semiconductoras n y p, está incorporado dentro en un tubo externo de cobre aislado térmicamente, a la vez que insertado en un tubo interior, también de cobre aislado con vidrio, siendo el número total de anillas el que convenga en cada caso.

Con todo ello, la unión de dichas anillas termoeléctricas conforma un bloque termoeléctrico que queda conectado eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo.

De esta forma, al asociar la anillas, mediante el correspondiente mecanismo de anclaje o sistema de acoplamiento, a una fuente o foco de calor, normalmente un fluido que atravesará el tubo interior, se produce un efecto electrotérmico que desemboca en la generación de energía eléctrica, la cual, mediante el correspondiente sistema de acoplamiento y conexión a un transformador o a una batería de acumulación en el extremo opuesto de la anillas, puede ser aprovechada directamente o almacenada para su aprovechamiento posterior.

Conviene destacar que el descrito generador que conforman los módulos de anillas permite las siguientes opciones:

-: Realizar conexiones entre módulos independientes con uno o más pares de semiconductores (n y p).

-: Que cada uno de dichos módulos de anillas conformantes del generador pueda estar conformado por diferente número, tamaño y tipos de anillas, regulares o irregulares, tanto en dimensiones como en volumen; no siendo imprescindible, por tanto, que todos ellos sean idénticos.

-: Que el sistema de unión mediante los tubos de cobre vitrificados puedan ser sustituidos bien por otros sistemas o bien por otros materiales que permitan una sujeción resistente y de fácil integración.

-: Que las capas aislantes de vidrio no limitan la utilización de nuevos materiales composites que mejoren su rendimiento y funcionalidad. (SKUTTERUDITES)

-: Que los semiconductores utilizados pueden variarse según la temperatura que se desea recuperar y convertir en energía eléctrica.

Por último, es importante hacer alusión al material utilizado para evitar la difusión electrónica entre el CoSb3 de las anillas semiconductoras y el cobre, se trata de una capa fundida a 850C, sobre el cobre de material VITROBRAZE, referencias VZ2120-VZ2190, con ello evitamos el deterioro de los contactos de los semiconductores con el cobre, evitando la difusión electrónica que se pueda producir al no utilizarlo.

Visto lo que antecede, se constata que el generador de corriente eléctrica para el aprovechamiento de focos de calor mediante sistema termoeléctrico a base de anillas representa una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1.- Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo del conjunto de anillas que, como mínimo, incorpora cada módulo termoeléctrico del generador objeto de la invención, y que comprende el par de anillas semiconductoras positiva y negativa, las anillas aislantes y las varillas interconectoras

La figura número 2.- Muestra una vista en perspectiva de uno de los módulos termoeléctricos del generador según la invención, representado en despiece y con los tubos externo e interno.

La figura número 3.- Muestra una vista en perspectiva del sistema de refrigeración por aire mediante aletas difusoras que contempla el generador de la invención para mantener la temperatura de los módulos termoeléctricos.

La figura número 4.- Muestra una vista en perspectiva del sistema de refrigeración por agua que contempla el generador de la invención y que abarca varios módulos termoeléctricos a la vez.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede apreciar en ellas un ejemplo de realización de la cadena generadora de corriente objeto de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.

Así, tal como se observa en dichas figuras, el generador (1) en cuestión está conformado a partir de uno o más módulos termoeléctricos (2), cada uno de los cuales comprende:

-: al menos, un par de anillas semiconductoras (3), una de material semiconductor tipo N (negativo) y otra de material semiconductor tipo P (positivo), que van dispuestas, en posición alternante, entre unas anillas aislantes (4), existiendo una varilla (5) que, atravesando las anillas aislantes (4), interconectan dichas anillas semiconductoras (3).

Preferentemente, las anillas semiconductoras (3) son de SKUTTERUDITE-CoSb3 y, en cualquier caso, son de material que soporta altas temperaturas con un rango de trabajo que está entre los 200 y 600 ºC.

Por su parte, las anillas aislantes (4) son preferentemente de vidrio, mientras que las varillas (5) interconectoras son de cobre.

Además cada conjunto de anillas conformante del módulo (2) está incorporado dentro en un tubo externo (6) que actúa de carcasa. Dicho tubo externo (6) es exteriormente de cobre y por su parte interna está vitrificado estando, además, aislado térmicamente.

Dicho aislamiento térmico se lleva a cabo bien mediante refrigeración por aire, con la incorporación de difusores (7), conformados por aros con múltiples aletas (8) radiales, tal como muestra la figura 3, o bien mediante refrigeración por agua, con su inserción en un sistema de conducciones (9) que pueden abarcar a la vez todos los módulos termoeléctricos (2) del generador y por las que se hace circular agua u otro fluido apropiado, tal como muestra la figura 4, sin que se descarte una combinación de ambos sistemas.

Preferentemente, las anillas de cada módulo termoeléctrico (2) van asimismo insertadas en un tubo interior (10) el cual, al igual que el tubo externo (6), también es de cobre y está aislado respecto de las anillas con una capa de vidrio que lo cubre externamente.

Cada módulo podrá contar con el número de pares de anillas semiconductoras (3) que convenga en cada caso, formando, junto a las anillas aislantes (4) y las varillas (5) interconectoras, un bloque termoeléctrico que queda protegido dentro de la carcasa que conforma el tubo externo (6) y, opcionalmente, el tubo interior (10), estando conectado eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo. A su vez, el conjunto del generador (1) podrá comprender tantos módulos termoeléctricos (2) como se precise en cada caso.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, caracterizado porque está conformado a partir de uno o más módulos termoeléctricos (2), cada uno de los cuales comprende:

-

al menos, un par anillas semiconductoras (3) una de material semiconductor tipo N (negativo) y otra de material semiconductor tipo P (positivo) dispuestas entre unas anillas aislantes (4) e interconectadas mediante una varilla (5), que atraviesa las anillas aislantes (4), formando dicho conjunto de anillas un bloque conectado eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo que queda protegido dentro de una carcasa aislada térmicamente.
2.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según la reivindicación 1 caracterizado porque cada módulo termoeléctrico (2) comprende un número indefinido de pares de anillas semiconductoras (3) que se disponen de forma que siempre se alternan la de material semiconductor tipo N y la tipo P.
3.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según la reivindicación 2, caracterizado porque la carcasa es un tubo externo (6) aislante en cuyo interior se alojan las anillas semiconductoras (3) y las anillas aislantes (4).
4.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según la reivindicación 3, caracterizado porque el tubo externo (6) es de cobre y por su parte interna está vitrificado.
5.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque, además, las anillas de cada módulo termoeléctrico (2) van insertadas en un tubo interior (10) que también es aislante.
6.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según la reivindicación 5, caracterizado porque el tubo interior (10) es de cobre y está aislado respecto de las anillas con una capa de vidrio que lo cubre externamente.
7.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque las anillas semiconductoras (3) son de material capaz de soportar altas temperaturas con un rango de trabajo que está entre los 200 y 600 ºC.
8.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque las anillas semiconductoras (3) son de SKUTTERUDITE-CoSb3
9.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque las anillas aislantes (4) son de vidrio.
10.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque las varillas (5) interconectoras son de cobre.
11.- GENERADOR DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE FOCOS DE CALOR MEDIANTE SISTEMA TERMOELÉCTRICO A BASE DE ANILLAS, según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque la carcasa externa está térmicamente aislada mediante sistema de refrigeración por aire y/o sistema de refrigeración por agua.