PL233815B1 - Palnik z generatorem termoelektrycznym - Google Patents
Palnik z generatorem termoelektrycznym Download PDFInfo
- Publication number
- PL233815B1 PL233815B1 PL419349A PL41934916A PL233815B1 PL 233815 B1 PL233815 B1 PL 233815B1 PL 419349 A PL419349 A PL 419349A PL 41934916 A PL41934916 A PL 41934916A PL 233815 B1 PL233815 B1 PL 233815B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- burner
- thermoelectric
- layer
- fuel
- coating
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 25
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 10
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 36
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N selenium;tin Chemical compound [Sn]=[Se] MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003498 tellurium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 230000005676 thermoelectric effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2203/00—Gaseous fuel burners
- F23D2203/10—Flame diffusing means
- F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape
- F23D2203/1012—Flame diffusing means characterised by surface shape tubular
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2203/00—Gaseous fuel burners
- F23D2203/10—Flame diffusing means
- F23D2203/106—Assemblies of different layers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
- F23M2900/13003—Energy recovery by thermoelectric elements, e.g. by Peltier/Seebeck effect, arranged in the combustion plant
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest palnik z generatorem termoelektrycznym, działającym według zjawiska Seebecka, przeznaczony zwłaszcza dla opalanego wymiennika ciepła w instalacjach centralnego ogrzewania i/lub wody użytkowej.
Obecnie rynek oczekuje nowych rozwiązań technicznych i urządzeń realizujących coraz większą ilość funkcji, a jednocześnie coraz bardziej uniwersalnych. Ponadto, obecnie w całym przemyśle trwają intensywne prace nad opracowaniem nowych metod pozyskiwania energii elektrycznej. Większość dostępnych dzisiaj na rynku urządzeń mikrogeneracyjnych opartych jest na zasadzie konwersji jakiejś formy energii kinetycznej w energię elektryczną. Znane są rozwiązania oparte na różnego rodzaju silnikach tłokowych, silnikach Sterlinga, turbinach itp. Rozwiązania te mają poważne ograniczenia wynikające z wysokiego poziomu ich skomplikowania, a co za tym idzie wysokiej ceny wytworzenia, niskiej niezawodności oraz wysokich kosztów związanych z zabezpieczeniem wymagań serwisowych.
Znane są urządzenia termoelektryczne wykorzystujące zjawisko Seebecka umożliwiające generację energii elektrycznej. Urządzenia te zawierają termoelektryczne środki techniczne, w których różnica temperatur odpowiednich obszarów umożliwia generowanie energii elektrycznej.
Obecny stan wiedzy dotyczący powłok termoelektrycznych sugeruje, że nie opracowano jeszcze rozwiązania, które instruowałoby jak kompleksowo nanosić kompozyty termoelektryczne i stosować je w urządzeniach. Istnieją natomiast publikacje naukowe traktujące o specyficznych metodach fabrykacji tylko elementów półprzewodnikowych do zastosowania w ogniwach termoelektrycznych. Należy również wskazać, że prowadzone są próby nakładania warstw tellurku bizmutu metodą termicznego natryskiwania. Jednak ze względu na dużą niedokładność metoda ta jest mało efektywna, a wytwarzane układy mało wydajne. Ze względu na otwartą strukturę połączeń półprzewodnikowych „p” i „n” układy te nie mają bezpiecznego zastosowania. Aktualne nasycenie rynku ograniczone jest do prefabrykowanych ogniw termoelektrycznych. Ich ograniczenia są dość znaczne ze względu na całkowity brak odkształcalności i standaryzowane gabaryty.
W ostatnim czasie powstała natomiast grupa zastosowań ogniw do wytwarzania elektryczności w tak zwanych turystycznych generatorach energii. Wykorzystując energię cieplną urządzenia te pozwalają na ładowanie niewielkich odbiorników. Trudno jednak w takim przypadku ze względu na wielkość rynku i zastosowane rozwiązania techniczne mówić o skali przemysłowej. Dotychczas prowadzone eksperymentalne próby stosowania prefabrykowanych modułów termoelektrycznych nie mają większych szans na komercjalizację ze względu na ograniczenia produkcyjne i gabarytowe. Kolejnym czynnikiem skutecznie hamującym rozwój tej gałęzi przemysłu jest wysoki jednostkowy koszt ogniw termoelektrycznych.
Znany jest z dokumentu patentowego GB2451521 A przenośny podgrzewacz wody posiadający komorę spalania, w którym paliwo spala się w celu zapewnienia źródła ogrzewania. Komora spalania ma palnik na paliwo i dmuchawę dostarczającą powietrze do palnika. Dmuchawa jest zasilana przez generator termoelektryczny, który zawiera urządzenie Peltiera Seebecka zawierające gorącą stronę ogrzewaną ciepłem z palnika oraz zimną stronę chłodzoną powietrzem z dmuchawy. Paliwo do palnika dostarczane jest grawitacyjnie z kanistra. Generator termoelektryczny zawiera zespół półprzewodnikowych modułów z tellurku bizmutu (BI-TE) połączonych szeregowo, które wytwarzają napięcie elektryczne, kiedy występuje różnica temperatur w całym stosie. Podgrzewacz wody nie wymaga zasilania energią i ma zastosowanie w kuchni polowej, na łodzi itp.
Dokument US 2008121263 A1 ujawnia element termoelektryczny oraz sposób jego wytwarzania, z wykorzystaniem płaskiego nośnika w postaci porowatej matrycy z materiału izolującego elektrycznie i termicznie, w którym wyróżniono pierwszą i drugą powierzchnię. Pory matrycy wypełniane są materiałem o cechach półprzewodnikowych „p” lub „n”, a przewodniki elektryczne biegną przez pory płaskiej matrycy od pierwszej do drugiej powierzchni i są izolowane elektrycznie od siebie.
W dokumencie patentowym JPS 63282408 A, ujawnione jest zastosowanie materiałów termoelektrycznych w konstrukcji palnika polegające na wykonaniu elementów palnika bezpośrednio z mieszanin materiałów termoelektrycznych. Proces polega na mieleniu materiału, tworzeniu mieszanin, ich wypalaniu i składaniu w gotową całość. Proces jest żmudny i wieloetapowy.
Z dokumentu patentowego US2002179135 A1, znany jest moduł termoelektryczny, zawierający wiele elementów termoelektrycznych typu „p” oraz typu „n”, z których każdy zawiera półprzewodnik typu „p” albo „n” o skutterydytowej strukturze krystalicznej, przy czym wspomniane elementy termoelek
PL 233 815 B1 tryczne są rozmieszczone naprzemiennie, oraz posiada elektrody łączące szeregowo wspomniane elementy termoelektryczne, a pomiędzy wspomnianymi elementami termoelektrycznymi a wspomnianymi elektrodami umieszczona jest warstwa stopu zawierająca Sb i co najmniej jeden pierwiastek metalu przejściowego wybrany z grupy obejmującej Ag, Au i Cu, a po drugiej wspomnianych elektrod usytuowana jest warstwa szkła frytowego, na której usytuowana jest płyta przewodząca ciepło. Ujawniony moduł wytwarzany przy zastosowaniu technik topielniczych, spiekalniczych, lutowniczych, laminowania. Ujawniony moduł termoelektryczny może być umieszczony na żebrach rury płomieniowej albo na żebrach rury wodnej.
Celem wynalazku jest zwiększenie uzysku energii w czasie normalnej pracy palnika, w szczególności celem wynalazku jest dostarczenie palnika zwłaszcza dla opalanych wymienników ciepła w instalacjach centralnego ogrzewania i/lub wody użytkowej, generującego jednocześnie energię elektryczną wykorzystywaną do zasilania dodatkowej elektroniki, urządzeń zewnętrznych lub kierowaną ponownie do sieci energetycznej.
Cel ten osiągnięto poprzez opracowanie palnika wyposażonego w termoelektryczne środki techniczne, wykorzystujące ciepło powstałe ze spalania paliwa, do generowania energii elektrycznej.
Palnik z generatorem termoelektrycznym, zawierający płaszcz zewnętrzny, kanał paliwowo-powietrzny, dysze doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego, gdzie następuje jej spalanie, oraz generator termoelektryczny działający według zjawiska Seebecka usytuowany w termicznym kontakcie ze spalinami, zawierający nie stykające się ze sobą podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” połączone ze sobą szeregowo elementami przewodzącymi zaopatrzonymi w końcówki przyłączeniowe do wyprowadzenia powstałej energii elektrycznej, oraz obustronnie izolowane elektrycznie warstwami izolatora elektrycznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że generator termoelektryczny stanowi powłoka termoelektryczna naniesiona technologią PVD (Physical Vapour Deposition (fizyczne osadzanie z fazy gazowej)) na elementach palnika pozostających w termicznym kontakcie ze spalinami, przy czym bezpośrednio na wspomnianym elemencie palnika naniesiona jest pierwsza warstwa izolatora elektrycznego, na której naniesiona jest pierwsza warstwa elementów przewodzących o grubości od 1 pm do 5 pm, na których naniesione są naprzemiennie podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” o grubości od 1 pm do 10 pm oraz szerokości od 0,1 mm do 2 mm, na których naniesiona jest druga warstwa elementów przewodzących o grubości od 1 pm do 5 pm, na której naniesiona jest druga warstwa izolatora elektrycznego, przy czym warstwy izolatora elektrycznego wykonane są na bazie tlenów nieorganicznych, a w płaszczu zewnętrznym, wewnątrz którego uformowany jest kanał na mieszankę paliwowo-powietrzną, wykonane są dysze doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną z tego kanału do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego.
Korzystnie, zimna strona podwarstw półprzewodnikowych „p” i „n” warstwy termoelektrycznej powłoki chłodzona jest powietrzem oraz paliwem doprowadzanym do palnika.
Korzystnie, elementy przewodzące powłoki, wykonane są z miedzi.
Korzystnie, warstwy izolatora elektrycznego warstwy termoelektrycznej powłoki wykonane są na bazie AbO3 lub SiO2 lub MgO.
Korzystnie, wewnątrz płaszcza zewnętrznego, w pewnej odległości od niego, znajduje się płaszcz wewnętrzny, wewnątrz którego znajduje się kanał paliwowo-powietrzny, a na zewnętrznej stronie płaszcza wewnętrznego naniesiona jest powłoka, zawierająca warstwę termoelektryczną, przy czym w płaszczu wewnętrznym oraz naniesionej na nim powłoce znajdują się przelotowe otwory usytuowane względem siebie współosiowo.
W innym wariancie wynalazku, korzystnie, powłoka zawierająca warstwę termoelektryczną naniesiona jest na wewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego i zaopatrzona jest w przelotowe otwory usytuowane współosiowo z dyszami doprowadzającymi mieszankę paliwowo-powietrzną do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego.
Dodatkowo, na zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego znajduje się warstwa włókniny stalowej.
Dodatkowo, palnik posiada płaszcz wewnętrzny usytuowany w pewnej odległości od powłoki, zaopatrzony w przelotowe otwory, wewnątrz którego znajduje się kanał paliwowo-powietrzny. Korzystnie, podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” warstwy termoelektrycznej powłoki uformowane są w postaci naprzemiennych pierścieni półprzewodnikowych „p” i „n”.
Wynalazek daje możliwość wytwarzania energii elektrycznej pozyskiwanej za pomocą zaimplementowanej w palniku powłoki termoelektrycznej podczas jego normalnej pracy. Palnik z wbudowaną powłoką termoelektryczną oprócz energii cieplnej generuje energię elektryczną zgodnie ze zjawiskiem
PL 233 815 B1
Seebecka. Zaletami rozwiązania według wynalazku jest brak jakichkolwiek ruchomych elementów, co nie spowoduje wzrostu kosztów serwisowania wymiennika. Ponadto generowanie energii elektrycznej z uwagi na brak elementów ruchomych jest absolutnie bezgłośne i bezwibracyjne, co pozwoli na instalowanie urządzenia w większej liczbie lokalizacji, przy minimalizacji uciążliwości dla osób mieszkających i pracujących w jego otoczeniu, oraz zapewnia skalowalność zastosowania od mikroaplikacji do dużych mocy, jak również skalowalność produkcji zautomatyzowanej technologii produkcji, łatwej do powielenia w dużej skali. Ponadto, dzięki posłużeniu się efektem termoelektrycznym możliwe jest generowanie elektryczności bezpośrednio z energii cieplnej z pominięciem przekształcenia w energię kinetyczną, co przyczyni się do wysokiej niezawodności i obniżenia kosztów serwisowania.
Wytworzona energia elektryczna może mieć wielorakie zastosowanie, jak na przykład:
- zasilanie podzespołów elektrycznych wchodzących w skład kompletnego urządzenia, takich jak na przykład elementy sterowania,
- czy układy pompowe (podniesienie wydajności energetycznej),
- budowa jednostek autonomicznych niezależnych od zewnętrznego zasilania w energię elektryczną,
- oddawanie energii do sieci lokalnej (zmniejszające zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na energię elektryczną),
- oddawanie energii do sieci energetycznej (mikroźródła, prosument, energetyka obywatelska).
Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia palnik w przekroju osiowym, w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2 - palnik w przekroju osiowym, w drugim przykładzie wykonania, fig. 3 - palnik w przekroju osiowym, w trzecim przykładzie wykonania, fig. 4 - palnik w przekroju osiowym, w czwartym przykładzie wykonania, fig. 5 - przekrój poprzeczny powłoki termoelektrycznej.
Jak przedstawiono na fig. 1, palnik zawiera płaszcz zewnętrzny 6, wewnątrz którego w pewnej odległości od niego, znajduje się płaszcz wewnętrzny 9, wewnątrz którego znajduje się kanał 7 paliwowo-powietrzny. Na zewnętrznej stronie płaszcza wewnętrznego 6 naniesiona jest technologią PVD, na przykład przez: naparowanie, ablację laserową, rozpylanie magnetronowe, rozpylanie filtrowanym łukiem elektrycznym, wzbudzanie par wiązką elektronową, warstwowa powłoka 16, zawierająca warstwę termoelektryczną 1, zawierająca podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” nie stykające się ze sobą, o grubości d1 od 1 μm do 10 μm, korzystnie 5 μm, uformowane w postaci naprzemiennych pierścieni o szerokości s od 0,1 mm do 2 mm, korzystnie 1 mm połączone ze sobą szeregowo elementami przewodzącymi 2a, 2b, wykonanymi z miedzi, o grubości d2 od 1 μm do 5 μm, korzystnie 3 μm, zaopatrzonymi w końcówki przyłączeniowe 4, 5, do wyprowadzenia powstałej energii elektrycznej. Warstwa termoelektryczna 1 jest obustronnie izolowana elektrycznie warstwami 3a, 3b izolatora elektrycznego na bazie tlenków nieorganicznych, w szczególności ALOs lub SiO2 lub MgO. W płaszczu wewnętrznym 9 oraz naniesionej na nim powłoce 16 znajdują się przelotowe otwory 10, 11 usytuowane względem siebie współosiowo, natomiast w płaszczu zewnętrznym 6 wykonane są dysze 8 doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną z kanału 7 do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego 6, gdzie następuje jej spalanie. Zimna strona elementów półprzewodnikowych „p” i „n” warstwy termoelektrycznej 1 chłodzona jest powietrzem oraz paliwem doprowadzanym do palnika, natomiast gorąca strona pozostaje w kontakcie termicznym ze spalinami i ogrzewana jest ciepłem pochodzącym od spalin.
W drugim przykładzie wykonania wynalazku, przedstawionym na fig. 2, palnik zawiera płaszcz zewnętrzny 6, wewnątrz którego znajduje się kanał 7 paliwowo-powietrzny oraz zaopatrzony w dysze 8 doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego 6, gdzie następuje jej spalanie. Na wewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego 6 naniesiona jest technologią PVD na przykład przez: naparowanie, ablację laserową, rozpylanie magnetronowe, rozpylanie filtrowanym łukiem elektrycznym, wzbudzanie par wiązką elektronową, warstwowa powłoka 16 zawierająca warstwę termoelektryczną 1 zawierającą podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” o grubości d1 od 1 μm do 10 μm, korzystnie 5 μm i szerokości s od 0,1 mm do 2 mm, korzystnie 1 mm, uformowane w postaci naprzemiennych pierścieni, które połączone są ze sobą szeregowo elementami przewodzącymi 2a, 2b, wykonanymi z miedzi, o grubości d2 od 1 μm do 5 μm, korzystnie 3 μm, zaopatrzonymi w końcówki przyłączeniowe 4, 5, do wyprowadzenia powstałej energii elektrycznej. Powłoka 16 zaopatrzona jest w przelotowe otwory 12 usytuowane współosiowo z dyszami 8. Warstwa termoelektryczna 1 jest obustronnie izolowana elektrycznie warstwami 3a, 3b izolatora elektrycznego, wykonanymi na bazie tlenków nieorganicznych, w szczególności AI2O3 lub SiO2 lub MgO. Zimna strona pod
PL 233 815 B1 warstw półprzewodnikowych „p” i „n” warstwy termoelektrycznej 1 chłodzona jest powietrzem oraz paliwem doprowadzanym do palnika, natomiast gorąca strona pozostaje w kontakcie termicznym ze spalinami i ogrzewana jest ciepłem pochodzącym od spalin.
W trzecim przykładzie wykonania wynalazku, przedstawionym na fig. 3, palnik opisany w przykładzie drugim ma na zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego 6 warstwę 13 włókniny stalowej.
W czwartym przykładzie wykonania wynalazku, przedstawionym na fig. 4, palnik opisany w przykładzie drugim posiada płaszcz wewnętrzny 14 usytuowany w pewnej odległości płaszcza zewnętrznego 6 z powłoką 16, który zaopatrzony jest w przelotowe otwory 15, przy czym kanał 7 paliwowo-powietrzny znajduje się wewnątrz płaszcza wewnętrznego 14.
Całkowita grubość powłoki termoelektrycznej wynosi co najwyżej 50 μm.
W komorze technologicznej należy najpierw przeprowadzić proces osadzania warstwy 3a izolatora elektrycznego, co pozwoli na elektryczne uniezależnienie warstwy termoelektrycznej 1 od podłoża. Warstwa izolacyjna musi być jednorodna i ciągła w swojej strukturze. Zapewni to wysoki poziom odporności na przebicie elektryczne. Następnym krokiem jest wytworzenie odpowiednio zlokalizowanych elementów przewodzących 2a, które będą stanowić podstawę i łączyć elektrycznie podwarstwy półprzewodnikowe. Istnieje wiele materiałów mogących realizować to zadanie. Biorąc pod uwagę łatwość depozycji oraz dobre przewodnictwo można zastosować miedź. Najważniejszymi składnikami powłoki termoelektrycznej są dwie warstwy półprzewodnikowe typu „p” i „n”, które można uzyskać z następujących grup materiałów: tellurek ołowiu, selenek cyny, związku telluru, antymonu, bizmutu, nieorganiczne związki klatratowe, skutterydy, związki pół-Heuslerowskie, związki krzemu i germanu. Dzięki połączeniu dwóch odmiennych warstw półprzewodnikowych „p” oraz „n” elementami przewodzącymi możliwe będzie uzyskanie przepływu prądu po wystawieniu powłoki na różnicę temperatur. Kryterium doboru materiału zależy między innymi od oczekiwanej wydajności, a co za tym idzie wartości sprawności termoelektrycznej (ZT) oraz przewidywanego zakresu temperatur podczas pracy powłoki. Następnym krokiem jest wytworzenie odpowiednio zlokalizowanych podwarstw półprzewodnikowych „p” i „n”. Kolejnym krokiem jest ponowne wytworzenie odpowiednio zlokalizowanych elementów przewodzących 2b, dopełniających obwód elektryczny warstwy termoelektrycznej 1. Ostatnim krokiem jest wytworzenie drugiej warstwy 3b izolatora elektrycznego. Warstwa termoelektryczna 1 jest obustronnie izolowana elektrycznie warstwami 3a, 3b izolatora elektrycznego, wykonanymi na bazie tlenków nieorganicznych w szczególności na bazie AI2O3 lub SiO2 lub MgO.
Ciepła strona warstwy termoelektrycznej zawierającej podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” połączone ze sobą szeregowo jest w kontakcie termicznym z gorącymi spalinami powstałymi w wyniku spalania paliwa w palniku, natomiast zimna strona tej warstwy pozostaje w kontakcie termicznym z zimnym powietrzem oraz paliwem wpływającym do kanału paliwowo-powietrznego.
Zgodnie z teorią Seebecka powstała w ten sposób różnica temperatur wywołuje uporządkowany ruch ładunków w podwarstwach półprzewodnikowych „p” i „n” zawartych w warstwie termoelektrycznej 1. Ze względu na ich szeregowe połączenie pomiędzy skrajnymi punktami przyłącze niowymi - końcówkami 4, 5, pojawia się różnica potencjałów. Otrzymana w ten sposób energia może być wykorzystana do zasilania dodatkowej elektroniki, urządzeń zewnętrznych lub skierowana ponownie do sieci energetycznej.
Zastrzeżenia patentowe
Claims (9)
1. Palnik z generatorem termoelektrycznym, zawierający płaszcz zewnętrzny, kanał paliwowo-powietrzny, dysze doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego, gdzie następuje jej spalanie, oraz generator termoelektryczny działający według zjawiska Seebecka usytuowany w termicznym kontakcie ze spalinami, zawierający nie stykające się ze sobą podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” połączone ze sobą szeregowo elementami przewodzącymi zaopatrzonymi w końcówki przyłączeniowe do wyprowadzenia powstałej energii elektrycznej, oraz obustronnie izolowane elektrycznie warstwami izolatora elektrycznego, znamienny tym, że generator termoelektryczny stanowi powłoka termoelektryczna (16) naniesiona technologią PVD na elementach palnika pozostających w termicznym kontakcie ze spalinami, przy czym bezpośrednio na wspomnianym elemencie palnika naniesiona jest pierwsza warstwa (3a) izolatora elektrycznego, na której naniesiona jest pierwsza warstwa elementów przewodzących (2a) o grubości (d2) od 1 μm do
PL 233 815 B1
5 um, na których naniesione są naprzemiennie podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” o grubości (di) od 1 um do 10 um oraz szerokości (s) od 0,1 mm do 2 mm, na których naniesiona jest druga warstwa elementów przewodzących (2b) o grubości (d2) od 1 um do 5 um, na której naniesiona jest druga warstwa (3b) izolatora elektrycznego, przy czym warstwy izolatora elektrycznego (3a, 3b) wykonane są na bazie tlenów nieorganicznych, a w płaszczu zewnętrznym (6), wewnątrz którego uformowany jest kanał (7) na mieszankę paliwowo-powietrzną, wykonane są dysze (8) doprowadzające mieszankę paliwowo-powietrzną z tego kanału (7) do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego (6).
2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zimna strona podwarstw półprzewodnikowych „p” i „n” warstwy termoelektrycznej (1) powłoki (16) chłodzona jest powietrzem oraz paliwem doprowadzanym do palnika.
3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy przewodzące (2a, 2b) powłoki (16) wykonane są z miedzi.
4. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwy (3a, 3b) izolatora elektrycznego warstwy termoelektrycznej (1) powłoki (16) wykonane są na bazie Al2O3 lub SiO2 lub MgO.
5. Palnik według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że wewnątrz płaszcza zewnętrznego (6), w pewnej odległości od niego, znajduje się płaszcz wewnętrzny (9), wewnątrz którego znajduje się kanał (7) paliwowo-powietrzny, a na zewnętrznej stronie płaszcza wewnętrznego (9) naniesiona jest powłoka (16), zawierająca warstwę termoelektryczną (1), przy czym w płaszczu wewnętrznym (9) oraz naniesionej na nim powłoce (16) znajdują się przelotowe otwory (10, 11) usytuowane względem siebie współosiowo.
6. Palnik według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że powłoka (16) zawierająca warstwę termoelektryczną (1) naniesiona jest na wewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego (6) i zaopatrzona jest w przelotowe otwory (12) usytuowane współosiowo z dyszami (8) doprowadzającymi mieszankę paliwowo-powietrzną do zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego (6).
7. Palnik według zastrz. 6, znamienny tym, że na zewnętrznej powierzchni płaszcza zewnętrznego (6) znajduje się warstwa (13) włókniny stalowej.
8. Palnik według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że posiada płaszcz wewnętrzny (14) usytuowany w pewnej odległości od powłoki (16), zaopatrzony w przelotowe otwory (15), wewnątrz którego znajduje się kanał (7) paliwowo-powietrzny.
9. Palnik według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że podwarstwy półprzewodnikowe „p” i „n” warstwy termoelektrycznej (1) powłoki (16) uformowane są w postaci naprzemiennych pierścieni półprzewodnikowych „p” i „n”.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL419349A PL233815B1 (pl) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | Palnik z generatorem termoelektrycznym |
EP17808191.5A EP3535524B1 (en) | 2016-11-03 | 2017-10-27 | Burner with a thermoelectric generator |
PCT/PL2017/000112 WO2018084729A1 (en) | 2016-11-03 | 2017-10-27 | Burner with a thermoelectric generator |
PL17808191T PL3535524T3 (pl) | 2016-11-03 | 2017-10-27 | Palnik z generatorem termoelektrycznym |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL419349A PL233815B1 (pl) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | Palnik z generatorem termoelektrycznym |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL419349A1 PL419349A1 (pl) | 2018-05-07 |
PL233815B1 true PL233815B1 (pl) | 2019-11-29 |
Family
ID=60543629
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL419349A PL233815B1 (pl) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | Palnik z generatorem termoelektrycznym |
PL17808191T PL3535524T3 (pl) | 2016-11-03 | 2017-10-27 | Palnik z generatorem termoelektrycznym |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL17808191T PL3535524T3 (pl) | 2016-11-03 | 2017-10-27 | Palnik z generatorem termoelektrycznym |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3535524B1 (pl) |
PL (2) | PL233815B1 (pl) |
WO (1) | WO2018084729A1 (pl) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63282408A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-18 | Toho Gas Co Ltd | バ−ナの燃焼プレ−ト |
US6198038B1 (en) * | 2000-01-13 | 2001-03-06 | Thermo Power Corporation | Burner and burner/emitter/recuperator assembly for direct energy conversion power sources |
DE102006054821A1 (de) * | 2006-11-21 | 2008-10-02 | Webasto Ag | Brenner für ein Heizgerät zur Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe und Baugruppe aus einem Brenner und einem Wärmeübertrager |
JP2009194309A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 熱電モジュール |
US20120204923A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-16 | Mesa Digital, Llc | Thermoelectric piping apparatus and method for generating electricity |
-
2016
- 2016-11-03 PL PL419349A patent/PL233815B1/pl unknown
-
2017
- 2017-10-27 WO PCT/PL2017/000112 patent/WO2018084729A1/en unknown
- 2017-10-27 PL PL17808191T patent/PL3535524T3/pl unknown
- 2017-10-27 EP EP17808191.5A patent/EP3535524B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018084729A1 (en) | 2018-05-11 |
PL419349A1 (pl) | 2018-05-07 |
EP3535524B1 (en) | 2020-08-26 |
EP3535524A1 (en) | 2019-09-11 |
PL3535524T3 (pl) | 2020-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5600732B2 (ja) | 保護層でコーティングされている熱電材料 | |
EP1661189B1 (en) | Thermoelectric power generator for a gas turbine engine | |
RU124840U1 (ru) | Радиально-кольцевая термоэлектрическая генераторная батарея | |
JP4905877B2 (ja) | コジェネレーションシステム及びその運転方法 | |
CA2768902A1 (en) | Thermoelectric module | |
CZ2011671A3 (cs) | Termoelektrický cluster, zpusob jeho cinnosti, mechanismus spojení aktivního elementu s tepelným elektrickým vodicem, generátor a tepelné cerpadlo zhotovené na jeho základe | |
EP3020077B1 (en) | Thermoelectric generator | |
JP2009081287A (ja) | 熱電変換モジュールとそれを用いた熱交換器、熱電温度調節装置および熱電発電装置 | |
Mouko et al. | Manufacturing and performances of silicide-based thermoelectric modules | |
Chetty et al. | Mechanically durable thermoelectric power generation module made of Ni-based alloy as a reference for reliable testing | |
JP2009081178A (ja) | 熱電変換モジュールの製造方法 | |
PL233815B1 (pl) | Palnik z generatorem termoelektrycznym | |
EP3535531B1 (en) | Fired heat exchanger with a thermoelectric generator | |
KR101260609B1 (ko) | 가정용 보일러의 연통에 설치되는 열전발전장치 | |
Mal et al. | Renewable energy from biomass cookstoves for off grid rural areas | |
EP3535785B1 (en) | Thin thermoelectric layer | |
US20230111527A1 (en) | Thermoelectric coating and the method of its application, especially on the elements of the heat exchanger | |
KR101937903B1 (ko) | 열전 소자 모듈 | |
JP2639480B2 (ja) | 熱電発電装置 | |
PL240624B1 (pl) | Powłoka termoelektryczna oraz sposób jej nanoszenia zwłaszcza na elementy wymiennika ciepła | |
JP4182208B2 (ja) | 発電機能付熱交換器の製造方法 | |
Hama et al. | Thermal Design of a Thermoelectric Micro-Generator | |
RU2654376C2 (ru) | Способ работы прямого и обратного обратимого термоэлектрического цикла и устройство для его реализации (варианты) | |
JPH1141863A (ja) | ヒートパイプを用いた熱電発電装置 | |
RU15523U1 (ru) | Термоэлектрический преобразователь |