Dispositivo para la generación de energía eléctrica a partir de calor de gases de escape.

Dispositivo (1) para la generación de energía eléctrica a partir de gases de escape de un motor de combustión interna (2) que comprende un generador (3) con un racor de entrada de gases de escape (4) y un racor de salida de gases de escape (5) así como al menos una sección de intercambio de calor (6) en medio,

presentando la sección de intercambio de calor (6) al menos un conjunto de intercambio de calor (10), que está realizado con al menos un elemento termoeléctrico (11) y con una instalación de refrigeración (12), de manera que el al menos un elemento termoeléctrico (11) está conectado de manera imperdible con la instalación de refrigeración (12), y en el que la al menos una sección de intercambio de calor (6) está realizada con una pluralidad de vías de circulación (9) transversalmente al racor de entrada de gases de escape (4), que están asociadas a varios conjuntos de intercambio de calor (10), en el que al menos una parte de los conjuntos de intercambio de calor (10) está realizada con al menos un elemento termoeléctrico (11) y con una instalación de refrigeración (12) y en el que las vías de circulación (9) y los elementos termoeléctricos (11) están dispuestos radialmente.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/055744.

Solicitante: EMITEC GESELLSCHAFT FUR EMISSIONSTECHNOLOGIE MBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HAUPTSTRASSE 128 53797 LOHMAR ALEMANIA.

Inventor/es: BRUCK, ROLF, HODGSON, JAN, LIMBECK,Sigrid, SCHATZ,Axel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01N3/20 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01N SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA (disposiciones de conjuntos de propulsión relativas al escape de gases B60K 13/00; silenciadores de admisión de aire especialmente adaptados para motores de combustión interna, o con dispositivos para estos motores F02M 35/00; protección contra ruidos en general o amortiguamiento de los mismos G10K 11/16). › F01N 3/00 Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios para purificar, volver inofensivos o cualquier otro tratamiento de los gases de escape (control eléctrico F01N 9/00; dispositivos de control o diagnóstico para los aparatos de tratamiento de gases de escape F01N 11/00). › especialmente adaptados para conversión catalítica (F01N 3/22 tiene prioridad).
  • F01N3/28 F01N 3/00 […] › Estructura de reactores catalíticos.
  • F01N5/02 F01N […] › F01N 5/00 Silenciadores o aparatos de escape combinados o asociados a dispositivos que aprovechan la energía de los gases de escape (utilización de la energía cinética o vibratoria de los gases de escape para la alimentación F02B; aspectos dominantes de tales dispositivos, ver las clases apropiadas que tratan de estos dispositivos). › utilizando los dispositivos de calor.
  • H01L35/30 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 35/00 Dispositivos termoeléctricos que tienen una unión de materiales diferentes, es decir, que presentan el efecto Seebeck o el efecto Peltier, con o sin otros efectos termoeléctricos o termomagnéticos; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o al tratamiento de estos dispositivos de sus partes constitutivas; Detalles (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › caracterizados por los medios de cambio de calor de la unión.
  • H01L35/32 H01L 35/00 […] › caracterizados por la estructura o la configuración de la célula o del termopar que constituye el dispositivo.

PDF original: ES-2379983_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo para la generación de energía eléctrica a partir de calor de gases de escape La presente invención se refiere a un dispositivo para la generación de energía eléctrica a partir de los gases de escape de un motor de combustión interna por medio de un generador. Por ello se entiende, en general, un generador para la conversión de energía térmica de un gas de escape en energía eléctrica, es decir, un llamado generador termoeléctrico.

El gas de escape de un motor de un automóvil posee energía térmica, que debe ser convertida por medio de un generador termo-eléctrico en energía eléctrica, para llenar, por ejemplo, una batería u otro acumulador de energía o para alimentar directamente la energía necesaria a consumidores eléctricos. De esta manera está disponible energía en mayor volumen para el funcionamiento del automóvil.

Un generador termoeléctrico de este tipo presenta la mayoría de las veces una pluralidad de elementos convertidores termoeléctricos. Los materiales termoeléctricos son de un tipo tal que éstos pueden convertir efectivamente energía térmica en energía eléctrica (efecto Seebeck) y a la inversa (efecto Peltier) . El "efecto Seebeck" se basa en el fenómeno de la conversión de energía térmica en energía eléctrica y se utiliza para la generación de energía termoeléctrica. El "efecto Peltier" es el inverso del efecto Seebeck y es un fenómeno, que se inicia con adsorción de calor y se provoca en relación a un flujo de corriente a través de diferentes materiales. El efecto Peltier ya ha sido propuesto, por ejemplo, para la refrigeración termoeléctrica.

Tales elementos convertidores termoeléctricos presentan con preferencia una pluralidad de elementos termoeléctricos, que están posicionados entre un llamado "lado caliente" y un llamado "lado frío". Los elementos termoeléctricos comprenden, por ejemplo, al menos 2 paralelepípedos de semiconductores (dotados p y n) , que están conectados sobre su lado superior y su lado inferior (hacia el "lado caliente" y hacia "el lado frío", respectivamente) de manera alterna con puentes conductores de electricidad. Unas placas cerámicas o bien recubrimientos cerámicos y/o materiales similares sirven para el aislamiento de los puentes metálicos y, por lo tanto, están dispuestos con preferencia entre los puentes metálicos. Si se prepara una caída de la temperatura a ambos lados de los paralelepípedos de semiconductores, entonces se forma un potencial de tensión. Sobre uno de los puntos de contacto se absorbe calor ""lado caliente") , de manera que los electrones de uno de los lados llegan a la banda de conducción colocada energéticamente más alta del paralelepípedo siguiente. Sobre el otro lado los electrones pueden liberar ahora energía para llegar de nuevo al otro lado con nivel de energía más bajo ("lado frío") . De esta manera, se puede ajustar un flujo de corriente con una caída correspondiente de la temperatura.

Ya se ha intentado preparar generadores termoeléctricos correspondientes para la aplicación en automóviles, en particular en vehículos de turismo. Sin embargo, éstos son la mayoría de las veces muy caros en la fabricación y se caracterizan por un rendimiento relativamente reducido. Por lo tanto, no se ha podido conseguir una utilidad en serie.

El documento US 2005/172993 A1 muestra una disposición de elementos termoeléctricos sobre la superficie periférica de un conducto de gas de escape. Los elementos termoeléctricos están realizados móviles frente a una instalación de refrigeración.

Los documentos JP 11-036981 A y JP 10-234194 A publican de la misma manera la disposición de elementos termoeléctricos sobre la superficie periférica de un conducto de gases de escape. Los elementos termoeléctricos están encajados entre el conducto de gases de escape y una instalación de refrigeración que rodea el conducto de gases de escape.

Se conoce a partir del documento WO 2004/059139 A1 una disposición de conducto de gases de escape y de elementos termoeléctricos, en la que la cantidad el gas de escape, que es alimentada a los elementos termoeléctricos, es regulable. También aquí los elementos termoeléctricos están dispuestos sobre la superficie periférica del conducto de gases de escape.

De acuerdo con ello, el cometido de la presente invención es solucionar, al menos parcialmente, los problemas descritos con relación al estado de la técnica. En particular, debe indicarse un generador termoeléctrico, que posibilita un rendimiento mejorado con respecto a la conversión de energía térmica preparada en energía eléctrica y en particular que cumple también los requerimientos variables que se plantean en el sistema de gases de escape de motores de combustión interna móviles.

Estos cometidos se solucionan con un dispositivo de acuerdo con las características de la reivindicación 1 de la patente. Las configuraciones ventajosas del dispositivo de acuerdo con la invención se indican en las reivindicaciones de la patente formuladas de forma independiente. Hay que indicar que las características indicadas individualmente en las reivindicaciones de la patente se pueden combinar de una manera discrecional, tecnológicamente conveniente, entre sí y muestran otras configuraciones de la invención. La descripción, en particular en conexión con las figuras, explica en detalle la invención e indica ejemplos de realización

complementarios de la invención.

El dispositivo de acuerdo con la invención para la generación de energía eléctrica a partir de gases de escape de un motor de combustión interna comprende un generador con un racor de entrada de gases de escape y un racor de salida de gases de escape así como al menos una sección de intercambio de calor en medio, presentando la sección de intercambio de calor al menos un conjunto de intercambio de calor, que está realizado con al menos un elemento termoeléctrico y con una instalación de refrigeración, de manera que el al menos un elemento termoeléctrico está conectado de manera imperdible con la instalación de refrigeración.

De acuerdo con la invención, la sección de intercambio de calor está realizada con una pluralidad de vías de circulación transversalmente al racor de entrada de gases de escape, que están asociadas a varios conjuntos de intercambio de calor, en el que al menos una parte de los conjuntos de intercambio de calor está realizada con al menos un elemento termoeléctrico y con una instalación de refrigeración y en el que las vías de circulación y los elementos termoeléctricos están dispuestos radialmente.

En este dispositivo se trata especialmente de un llamado generador termoeléctrico. El racor de entrada de gases de escape y el racor de salida de gases de escape pueden estar realizados especialmente como parte de una instalación de gases de escape o de un tubo de gases de escape. Pero también es posible que estén previstos varios racores de entrada de gases de escape y/o varios racores de salida de gases de escape. La parte esencial del generador es la sección de intercambio de calor. Por ella se entiende especialmente una parte de la vía de circulación de los gases de escape a través del generador, en la que el gas de escape cede energía térmica al conjunto de intercambio de calor. Es posible que el gas de escape recorra en el camino a través del generador varia secciones de intercambio de calor de este tipo, pero se prefiere la variante en la que el gas de escape solamente atraviesa una sección de intercambio de calor (coherente) .

Además, se indica que el gas de escape es desviado y dividido especialmente antes de la entrada en la sección de intercambio de calor. Esto significa, por ejemplo, que el gas de escape circula a través del conducto de gases de escape o bien a través del racor de entrada de gases de escape y/o a través del racor de salida de gases de escape con una dirección principal de la circulación, pero para el paso a través de la sección de intercambio de calor es necesaria una desviación (completa) de los gases de escape. A este respecto, se prefiere que se realice una desviación inclinada o bien transversal a esta dirección principal de la circulación, de manera que se distribuye toda la circulación de gases de escape en dirección circunferencial. En este caso, se forman circulaciones parciales de gases de escape, que siguen especialmente diferentes direcciones de la circulación diferentes, en parte incluso opuestas. Para ofrecer ahora superficies de contacto lo más grandes posible para el intercambio de calor, se realiza una división de la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (1) para la generación de energía eléctrica a partir de gases de escape de un motor de combustión interna (2) que comprende un generador (3) con un racor de entrada de gases de escape (4) y un racor de salida de gases de escape (5) así como al menos una sección de intercambio de calor (6) en medio, presentando la sección de intercambio de calor (6) al menos un conjunto de intercambio de calor (10) , que está realizado con al menos un elemento termoeléctrico (11) y con una instalación de refrigeración (12) , de manera que el al menos un elemento termoeléctrico (11) está conectado de manera imperdible con la instalación de refrigeración (12) , y en el que la al menos una sección de intercambio de calor (6) está realizada con una pluralidad de vías de circulación (9) transversalmente al racor de entrada de gases de escape (4) , que están asociadas a varios conjuntos de intercambio de calor (10) , en el que al menos una parte de los conjuntos de intercambio de calor (10) está realizada con al menos un elemento termoeléctrico (11) y con una instalación de refrigeración (12) y en el que las vías de circulación (9) y los elementos termoeléctricos (11) están dispuestos radialmente.

2. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que entre el racor de entrada de gases de escape (4) y la al menos una sección de intercambio de calor (6) está prevista al menos una desviación de la circulación (7) y/o al menos una división de la circulación (8) .

3. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el racor de entrada de gases de escape (4) y el racor de salida de gases de escape (5) están colocados opuestos y los conjuntos de intercambio de calor (10) están dispuestos radialmente a ellos.

4. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los conjuntos de intercambio de calor (10) y la instalación de refrigeración (12) están formadas con elementos de placas (13) y/o con elementos (46) de forma tubular, sobre los que está posicionado al menos un elemento termoeléctrico (11) .

5. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que un elemento de placas (13) está realizado con una instalación de refrigeración interna (12) y con elementos termoeléctricos (11) en ambos lados (14) hacia las vías de circulación (9) adyacentes.

6. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, en el que el elemento de placas (13) está formado con una lámina metálica (15) , que presenta al menos un elemento termoeléctrico (15) , que está cubierto por una capa de protección (35) .

7. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la sección de intercambio de calor (6) están previstos compensadores (16) para movimientos relativos de los conjuntos de intercambio de calor (10) .

8. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador (3) está realizado con una sección de catalizador (17) , que está colocada, al menos parcialmente, delante de la sección de intercambio de calor (6) .

9. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la desviación de la circulación (7) es una estructura de guía (18) posicionada en el racor de entrada de gases de escape (4) .

10. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos está prevista al menos una conexión de la circulación (19) regulable desde el racor de entrada de gases de escape (4) hacia el racor de salida de gases de escape (5) , de manera que el gas de escape puede circular al menos por delante de una parte de la sección de intercambio de calor (6) .

11. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la al menos una conexión de la circulación regulable (19) es una trampilla (20) pretensada por resorte y pivotable en la entrada (21) de la conexión de la circulación (19) .

12. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que está prevista una refrigeración adicional (22) ara al menos una parte de la sección de intercambio de calor (6) .

13. Automóvil (23) que presenta un dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.


 

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