TERMOGENERADOR.

La invención se refiere a un termogenerador con varios termopares conectados eléctricamente entre sí, que están dispuestos entre un lado caliente que recibe un flujo de calor entrante y un lado frío dispuesto a distancia de éste. Un termoelemento que actúa como termogenerador suministra tensión eléctrica conforme al efecto termoeléctrico. La mayoría de las veces se interconecta un mayor número de termopares a un termoelemento. El termogenerador puede comprender uno o varios termoelementos que están conectados eléctricamente unos tras otros o en paralelo. La tensión termoeléctrica utilizada en los termoelementos depende de la temperatura y se mueve en un rango de pocos microvoltios. Algunas aleaciones se han impuesto como termopares por sus propiedades con temperaturas determinadas y por consiguiente se ha formado una gama de combinaciones de materiales termoeléctricos (termopares) en un rango de temperatura de -270 ºC hasta 2600 ºC. Esta gama se ha incluido y definido en las normas. La norma internacional en vigor actualmente para los termoelementos es la IEC 584-1, la pareja en la zona de habla alemana es la norma DIN EN 60584 parte 1. Esta norma define 10 combinaciones diferentes de materiales termoeléctricos en sus propiedades. Tipo / Letra de código Aleación K níquel cromo / níquel aluminio T cobre / cobre níquel J hierro / cobre níquel N níquel cromo silicio / níquel silicio E níquel cromo / cobre níquel R platino rodio al 13% / platino S platino rodio al 10% / platino B platino rodio al 30% / platino Otra norma aplicada todavía en Alemania es la norma DIN 43710, que define los tipos termoeléctricos U y L. Pero esta norma ya no está en vigor. U cobre / cobre - níquel L hierro / cobre níquel Junto a los termopares normalizados hay todavía otras combinaciones con propiedades especiales. Un ejemplo es el combinación de wolframio / wolframio renio con posibles rangos de temperatura hasta 2600 ºC. Como materiales conductores para termopares de termoelementos se consideran en particular materiales semiconductores dotados p y n, la mayoría de las veces bismuto telurito, Bi2Te3. Además, se consideran las uniones dotadas p y n mencionadas en las tablas 1.1 y 1.2 siguientes: Tabla 1.1: Las uniones de tipo p con las mejores propiedades termoeléctricas. T [K] Enlace tipo p Z [1/K] 225 CsBi4Te6 : SbI3 (0,05%) 3,5 10 -3 300 (Sb2Te3)72Bi2Te3)25(Sb2Se3)3 3,4 10 -3 500 Tl9BiTe6 2,3 10 -3 700 GeTe1-x(AgSbTes)x 3,0 10 -3 1200 Si0,85Ge0,15 : B 6,7 10 -4 2   Tabla 1.2: Las uniones de tipo p con las mejores propiedades termoeléctricas. T [K] Enlace tipo n Z [1/K] 80 Bi0,85Sb0,15 6,5 10 -3 300 ((Sb2Te3)5Bi2Te3)90(Sb2Se3)5 3,2 10 -3 450 Bi2Te2,7Se0,3 2,8 10 -3 800 Pb0,75Sn0,25Se >1,25 10 -3 1200 Si0,85Ge0,15 : P 8,3 10 -4 Un termoelemento que actúa como termogenerador se compone habitualmente de dos placas, delgadas conductoras de calor y en particular cerámicas, entre las que están soldadas alternativamente pequeños paralelepípedos de un material diferentemente conductor, en particular un material semiconductor. Cada vez están unidos entre sí dos paralelepípedos diferentes, de forma que se produce una conexión en serie. Una de las dos placas recibe el flujo de calor entrante (designado a continuación también como lado caliente del termoelemento), mientras que la otra placa entrega el flujo de calor saliente (designado a continuación también como lado frío del termoelemento). Junto a los termoelementos convencionales dispuestos entre las placas se pueden utilizar en particular también termoelementos de capa delgada según se conocen, por ejemplo, del documento DE 101 22 679 A1. También los termoelementos de capa delgada presentan un lado caliente y un lado frío. La conversión directa de calor en energía eléctrica es posible con los generadores termoeléctricos conocidos. En el que en lugar de metales se utilizan materiales semiconductores, se puede aumentar esencialmente la eficiencia respecto a termoelementos convencionales. Los termogeneradores disponibles hoy tienen sin embargo sólo un rendimiento proporcionalmente bajo; es sólo una fracción (aproximadamente 17%) del rendimiento de Carnot. Además, por el documento DE 195 37 121 A1 se conoce un dispositivo para la obtención de energía eléctrica de la radiación solar, no utilizándose directamente la radiación solar, diferente de las instalaciones fotovoltaicas convencionales, sino que la radiación se convierte en calor, el cual en otro lugar se convierte en energía eléctrica en conexión con un disipador de calor mediante uniones de Peltier. Para ello el dispositivo presenta un colector para la transferencia de la energía de la radiación solar a un primer medio caloportador, así como alejado del colector un intercambiador de calor para la transferencia del calor del primer medio caloportador al lado caliente de las uniones de Peltier, cuyo lado frío está conectado con un disipador de calor. Por el documento US 6,857,425 B2 se conoce un colector solar térmico, que presenta una placa colectora y una primera placa opuesta a la radiación solar, así como una placa de apoyo dispuesta entre las dos placas, aislada en ambos lado y que configura un canal superior y un canal inferior para un medio caloportador que se conduce entre el canal superior y el inferior en el circuito. En uno de los lados frontales del canal superior e inferior se sitúa un medio conductor de calor, a lo largo del que fluye el medio caloportador. El medio conduce el calor recibido en el canal superior a una unidad de elementos termoeléctricos que genera electricidad a partir del calor. En la unidad de elementos termoeléctricos está conectado un intercambiador de calor, que evacua el calor de la unidad y con ello aumenta su eficiencia. El calor evacuado se puede utilizar, por ejemplo, para la calefacción del edificio. Partiendo de los generadores termoeléctricos conocidos, la invención tiene el objetivo de crear un generador termoeléctrico que utilice el calor de una instalación solar térmica de forma eficiente para la generación de corriente. La solución de este objetivo se basa en la idea de realizar el generador termoeléctrico como unidad constructiva con un colector para una instalación solar térmica y de suministrar el medio caloportador que fluye a través del colector al menos temporalmente mediante un intercambiador de calor también al generador termoeléctrico. Con ello se vuelve posible utilizar un calor sobrante generado debido a la radiación solar en el colector, en particular con temperaturas exteriores muy elevadas, en el generador termoeléctrico para la generación de corriente. Mediante la generación simultánea de energía eléctrica y térmica se aumenta la eficiencia del generador termoeléctrico con radiación solar intensa. Como instalación solar térmica se designan las instalaciones solares que aprovechan el calor de la radiación solar (energía solar térmica). En la obtención de calor se caliente el absorbedor de un colector térmico mediante la energía solar. A través del colector fluye el medio caloportador que absorbe calor. Una bomba impulsa el medio caloportador en un circuito solar, por el que el calor del colector se pasa a un disipador térmico, en particular el acumulador térmico solar; el acumulador térmico solar absorbe calor y lo acumula. El colector es la parte de la instalación solar que absorbe el calor del sol y transfiere el calor absorbido con las menores 3   pérdidas posibles al medio caloportador en el circuito solar. La diferencia constructiva más importante en colectores es entre colectores planos y colectores de tubos. Los colectores planos y de tubos se diferencian técnicamente por el aislamiento del absorbedor. El efecto de aislamiento se consigue en los colectores de tubos de vacío por un vacío en un tubo de vidrio, que impide completamente un transporte de calor por convección. Los colectores planos utilizan materiales aislantes convencionales, por ejemplo, lana mineral o espuma de poliuretano. Este aislamiento es menos eficaz que un vacío, por ello se necesitan mayores superficies de colector para conseguir valores de potencia comparables. Los colectores planos de alta potencia trabajan con un absorbedor de cobre. No obstante, ya que los colectores planos son claramente más baratos y por consiguiente en general más económicos que los colectores de tubos de vacío, en la técnica para viviendas se utiliza predominantemente este tipo constructivo. Los acumuladores térmicos solares se diferencian ante todo de depósitos convencionales para agua de consumo por un aislamiento muy intenso, una forma constructiva alta y esbelta del depósito de agua, que permite el desarrollo de diferentes capas de temperatura (arriba agua caliente, abajo agua fría), así como un transmisor de calor colocado profundamente, de gran superficie para la transferencia... [Seguir leyendo]

1.- Termogenerador con varios termopares conectados eléctricamente entre sí, que están dispuestos entre un lado caliente que recibe un flujo de calor entrante y un lado frío dispuesto a distancia de éste, caracterizado porque en el lado (2) caliente está dispuesto un intercambiador de calor (4) para el paso de un medio caloportador, que está conectado de forma plana con el lado posterior pasivo de un colector (5) atravesado por el medio caloportador para una instalación solar térmica (15), porque entre el colector (5) y el intercambiador de calor (4) se sitúa una capa intermedia (6) termoaislante y porque el paso del medio caloportador a través del intercambiador de calor (4) está impedido en al menos una posición de conmutación de un control de válvulas (12, 13). 2.- Termogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque el intercambiador de calor (4) tiene forma de placa. 3.- Termogenerador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el termogenerador (1) presenta al menos un termoelemento de capa delgada. 4.- Termogenerador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el intercambiador de calor (4) es un intercambiador de calor de placas o un intercambiador de calor de tubos. 5.- Termogenerador según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el lado (3) frío del termogenerador (1) está dispuesto un cuerpo refrigerante (14). 6.- Termogenerador según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el control de válvulas comprende al menos una válvula de varias vías (12, 13). 7.- Termogenerador según la reivindicación 6, caracterizado porque el colector (5) se puede conectar temporalmente con el intercambiador de calor (4) en al menos una posición de conmutación de la al menos una válvula de varias vías (12). 8.- Instalación solar térmica con un termogenerador según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque el colector (5) está conectado a través de un circuito solar (16), que contiene un medio caloportador, con un disipador de calor (17) y este circuito solar (16) presenta un alimentación (18) y un retorno (19) entre el colector (5) y el disipador de calor (17), y al menos una válvula de varias vías (12) del control de válvulas está conectada en el alimentación (18), liberando sus conexiones, en una primera posición de conmutación de la válvula de varias vías (12), la trayectoria de flujo del colector (5) al disipador de calor (17) y liberando sus conexiones, en una segunda posición de conmutación de la válvula de varias vías (12), la trayectoria de flujo de paso del colector (5) al intercambiador de calor (4). 8   9