Módulo que comprende un generador termoeléctrico y fuente de alimentación.

Un módulo generador termoelectrico (TEG), en particular para una fuente de alimentación, que comprende un espacio

(14) delimitado, al menos parcialmente, por paredes (16), al menos un generador termoelectrico (20) para la conversión de calor en electricidad, en el que al menos una parte de pared aislada electricamente de dicho espacio (14) se encuentra en contacto termicamente conductor con un primer lado (52) del generador termoelectrico (20), y el segundo lado (54) del generador termoelectrico (20) se encuentra en conexión de intercambio termico con un elemento aislado electricamente (12) de descarga para descargar calor utilizado por el generador termoelectrico, al igual que conductores electricos conectados a los lados primero y segundo (52, 54), respectivamente, del generador termoelectrico (20) para la conducción de electricidad generada por el generador termoelectrico, proporcionandose un medio de presión termicamente conductor para aplicar presión al referido segundo lado entre el segundo lado (54) del generador termoelectrico (20) y el elemento (12) de descarga, caracterizado porque el medio referido comprende un recipiente flexible termicamente conductor (50), que este relleno de un medio de presión en un estado de sobrepresión.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2007/000128.

Solicitante: FOKKER AEROSTRUCTURES B.V.

Inventor/es: HAGG,FRANKLIN, TUINSTRA,BOUKE FOKKES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos termoeléctricos que tienen una unión... > H01L35/32 (caracterizados por la estructura o la configuración de la célula o del termopar que constituye el dispositivo)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos termoeléctricos que tienen una unión... > H01L35/30 (caracterizados por los medios de cambio de calor de la unión)

PDF original: ES-2516415_T3.pdf

 

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Módulo que comprende un generador termoeléctrico y fuente de alimentación.
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Fragmento de la descripción:

Módulo que comprende un generador termoeléctrico y fuente de alimentación.

Según un primer aspecto, la invención versa acerca de un módulo que comprende un generador termoeléctrico (también abreviado de aquí en adelante módulo TEG). Según un segundo aspecto, la invención versa acerca de una fuente de alimentación, en particular una fuente de alimentación portátil, que comprende un generador termoeléctrico (de aquí en adelante también TEG).

Las personas que se encuentran a una distancia de zonas urbanas, tales como personal militar de maniobras o durante una operación, viandantes y practicantes de deportes al aire libre, utilizan cada vez más equipos eléctricos y electrónicos, tales como equipos de comunicación y de navegación, ordenadores portátiles y de mano, todo tipo de equipos fotográficos y de vídeo, equipos estéreo y similares. Para estos equipos móviles, el suministro de energía eléctrica es proporcionado principalmente mediante baterías recargables u otras. Las baterías recargables y las baterías desechables contienen a menudo sustancias medioambientalmente no ecológicas, tales como compuestos que contienen Cd, Li, Hg y Ag. Estas sustancias medioambientalmente no ecológicas constituyen un peligro potencial para la salud de los seres humanos y de los animales. Por lo tanto, tales baterías son, en su mayoría, recogidas y procesadas aparte, lo que requiere un sistema logístico caro. Otro inconveniente es la densidad de energía relativamente baja de tales baterías. Debido a esta densidad baja, en la práctica, las baterías son relativamente pesadas, lo que resulta desventajoso para el usuario para las referidas aplicaciones móviles. Otro inconveniente principal de las baterías recargables es que el tiempo requerido para cargar una batería descargada es relativamente prolongado.

En el documento WO-A2-25/69414, se da a conocer una fuente de alimentación, en particular una batería miniaturizada, que es adecuada para estas aplicaciones móviles. Para generar la energía eléctrica, se pueden utilizar combustibles fácilmente disponibles tales como propano y butano. La energía liberada durante la combustión de estos combustibles, principalmente calor, es convertida por el generador termoeléctrico en electricidad. En comparación con las baterías mencionadas anteriormente, para esta fuente conocida de alimentación, se utilizan con un grado mucho menor sustancias que son perjudiciales para el medioambiente y la salud. Debido a la densidad de energía elevada de dichos combustibles, el peso de la fuente de alimentación móvil o portátil puede ser menor que el de una batería de capacidad energética comparable. El combustible también puede ser recargado de forma sencilla y rápida, si es necesario, sin la necesidad de interrumpir el suministro de energía durante un lapso prolongado.

En un generador termoeléctrico, se transfiere energía, en particular el calor obtenido mediante la combustión de un combustible en una cámara de combustión, desde el lado caliente del TEG mediante electrones, huecos o iones térmicamente conductores hasta el lado frío, y tras la recombinación de los electrones y los huecos, o de los iones, se genera una corriente positiva en el lado frío. Uno de los factores que determina la eficacia de la fuente de alimentación es la transmisión de calor y/o la conductividad térmica desde la cámara de combustión hasta el lado caliente del TEG y desde el lado frío del TEG hasta un sistema de descarga para descargar calor consumido por el TEG. Esto significa que debe haber un buen contacto térmico entre los distintos componentes, formando los referidos componentes el recorrido térmico tomado por la corriente térmica. Se describen las soluciones a esto en el estado de la técnica, tales como sistemas de resorte según las memorias de patente estadounidense 3.714.539 y 4.43.835. Además, en esta última memoria, se proporciona un recorrido térmico adicional en forma de un manguito flexible fabricado de un material térmicamente conductor en torno al resorte para conectar el lado frío del TEG con un elemento de descarga de calor. Se admite en estas memorias de patente que el contacto de intercambio térmico de tales sistemas de resorte es limitado.

El documento US-A-367444 ha dado a conocer un conjunto termoeléctrico que incluye una pluralidad de patas conductoras p y n de un elemento termopar, una pluralidad de puentes de contacto que ¡nterconectan eléctricamente las patas del termopar y forman con los mismos un lado caliente y un lado frió en lados opuestos del mismo, y un par de intercambiadores de calor ubicados, respectivamente, en los lados opuestos de las patas. Al menos uno de los ¡ntercambiadores de calor comprende un tubo que define un canal de flujo para un medio fluido de intercambio térmico, tubo que está fabricado de un material térmicamente conductor deformable elásticamente en una dirección transversal con respecto al eje del tubo y en la dirección axial de las patas del termopar. Se conoce un generador portátil que comprende un generador termoeléctrico que tiene aletas de transmisión de calor a partir de los documentos US-A-356848 y US-A-3428496.

Se conoce, por el documento US-A-3269874, un generador termoeléctrico con un medio flexible de compensación de la dilatación de un tubo que confina un fluido.

El documento EP-A-1615274 da a conocer un módulo termoeléctrico de conversión que incluye un colchón de transmisión de calor que comprende una sustancia de temperatura de fusión baja en una cubierta con flexibilidad.

El objeto de la invención es proporcionar un módulo que comprende un generador termoeléctrico, en el que el contacto térmico en el lado caliente del TEG, al igual que en el lado frío del TEG, es bueno, o proporcionar una alternativa adecuada.

Además, el objeto de la Invención es proporcionar una fuente de alimentación, en particular una fuente de alimentación portátil para aplicaciones móviles, en la que el contacto de intercambio térmico es asimismo bueno.

Según un primer aspecto, la invención versa acerca de un módulo que comprende un generador termoeléctrico, en particular para una fuente de alimentación, que comprende un espacio delimitado al menos parcialmente por paredes, al menos un generador termoeléctrico para la conversión de calor (tal como energía de radiación) en electricidad, en el que al menos una parte de pared aislada eléctricamente del referido espacio se encuentra en contacto térmicamente conductor con un primer lado (lado caliente) del generador termoeléctrico, y el segundo lado (lado frío) del generador termoeléctrico se encuentra en conexión de intercambio térmico con un elemento de descarga aislado eléctricamente para descargar calor utilizado por el generador termoeléctrico, al igual que conductores eléctricos conectados a los lados primero y segundo, respectivamente, del generador termoeléctrico para la conducción de la electricidad generada por el generador termoeléctrico, proporcionándose un medio de presión térmicamente conductor para aplicar presión sobre el referido segundo lado entre el segundo lado del generador termoeléctrico y el elemento de descarga, comprendiendo el referido medio un recipiente flexible térmicamente conductor, que está lleno de un medio de presión en un estado de sobrepresión.

El módulo TEG según la invención, que es adecuado, en particular, para la fabricación de una fuente de alimentación que será descrita de aquí en adelante, comprende un espacio o cámara, que está delimitado, al menos parcialmente, por paredes. Una parte de pared aislada eléctricamente del mismo se encuentra en contacto térmicamente conductor con un primer lado (durante la operación el lado caliente) de al menos un generador termoeléctrico. De forma ventajosa,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un módulo generador termoeléctrico (TEG), en particular para una fuente de alimentación, que comprende un espacio (14) delimitado, al menos parcialmente, por paredes (16), al menos un generador termoeléctrico (2) para la conversión de calor en electricidad, en el que al menos una parte de pared aislada eléctricamente de dicho espacio (14) se encuentra en contacto térmicamente conductor con un primer lado (52) del generador termoeléctrico (2), y el segundo lado (54) del generador termoeléctrico (2) se encuentra en conexión de intercambio térmico con un elemento aislado eléctricamente (12) de descarga para descargar calor utilizado por el generador termoeléctrico, al igual que conductores eléctricos conectados a los lados primero y segundo (52, 54), respectivamente, del generador termoeléctrico (2) para la conducción de electricidad generada por el generador termoeléctrico, proporcionándose un medio de presión térmicamente conductor para aplicar presión al referido segundo lado entre el segundo lado (54) del generador termoeléctrico (2) y el elemento (12) de descarga, caracterizado porque el medio referido comprende un recipiente flexible térmicamente conductor (5), que está relleno de un medio de presión en un estado de sobrepresión.

2. Un módulo según la reivindicación 1, en el que el recipiente flexible (5) está fabricado de papel metalizado.

3. Un módulo según la reivindicación 1 o 2, en el que el medio de presión es un fluido térmicamente conductor.

4. Un módulo según una de las reivindicaciones precedentes, que está dotado, además, de medios (56) de control para regular la presión del medio de presión en un estado de sobrepresión en el recipiente flexible.

5. Un módulo según la reivindicación 4, en el que los medios (56) de control están equipados para un control dinámico de la presión del medio de presión en un estado de sobrepresión.

6. Un módulo según la reivindicación 4 o 5, en el que los medios de control están equipados para mantener el medio de presión a una presión constante.

7. Un módulo según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la presión del medio de presión es superior a 2 kPa.

8. Una fuente (1) de alimentación, en particular una fuente de alimentación portátil, que comprende una cámara (14) de combustión delimitada, al menos parcialmente, por paredes (16), un generador termoeléctrico (2) para la conversión de energía liberada por la combustión en electricidad, un quemador (24) montado en la cámara (14) dotado de un suministro (36) de combustible, un suministro (42) de aire para suministrar aire de combustión, al igual que una salida (44) de aire para descargar gases de combustión al exterior de la cámara (14) de combustión, en la que al menos una parte de pared aislada eléctricamente de la cámara (14) de combustión se encuentra en contacto térmicamente conductor con un primer lado (52) del generador termoeléctrico (2), y un segundo lado (54) del generador termoeléctrico (2) se encuentra en conexión de intercambio térmico con un elemento aislado eléctricamente (12) de descarga para descargar calor consumido por el generador termoeléctrico, conductores eléctricos conectados a los lados primero y segundo (52, 54), respectivamente, del generador termoeléctrico (2) para la conducción de electricidad generada por el generador termoeléctrico, proporcionándose un medio térmicamente conductor para aplicar presión al referido segundo lado del generador termoeléctrico entre el segundo lado (54) del generador termoeléctrico (2) y el elemento (12) de descarga, caracterizada porque el referido medio contiene un recipiente flexible (5), que está relleno de un medio de presión en un estado de sobrepresión.

9. Una fuente de alimentación según la reivindicación 8, en la que el recipiente (5) está fabricado de un papel metalizado.

1. Una fuente de alimentación según la reivindicación 8 o 9, en la que el medio de presión es un fluido térmicamente conductor.

11. Una fuente de alimentación según una de las reivindicaciones 8-1, que contiene en el referido recipiente medios adicionales (56) de control para regular la presión del medio de presión en un estado de sobrepresión.

12. Una fuente de alimentación según la reivindicación 11, en la que los medios (56) de control están equipados para un control dinámico de la presión del medio de presión en un estado de sobrepresión.

13. Una fuente de alimentación según la reivindicación 11 o 12, en la que los medios (56) de control para mantener el medio de presión a una presión constante están seleccionados del grupo constituido por un sistema de resorte mecánico, un sistema de resorte que comprende un brazo de apriete cuya fuerza de apriete es ajustable, un sistema de cilindro de pistón, un anillo helicoidal, un anillo de sujeción y un resorte helicoidal.

14. Una fuente de alimentación según una de las reivindicaciones precedentes 8-13, en la que la presión del medio de presión es superior a 2 kPa.

15. Una fuente de alimentación según una de las reivindicaciones precedentes 8-14, en la que el elemento de descarga comprende un refrigerador para una refrigeración forzada.

16. Una fuente de alimentación según una de las reivindicaciones precedentes 8-15, que comprende, además, una sección (32) de termorrecuperación para recuperar calor de los gases de combustión.

17. El uso de un módulo generador termoeléctrico (TEG) según una de las reivindicaciones precedentes 1-5 en un sistema de escape de un vehículo de motor.