Módulo para un generador termoeléctrico y un generador termoeléctrico.

Conductor eléctrico (9) para la conexión conductora de la electricidad de al menos varios módulos (1) a un electrodo (12) o a una carcasa (13),

estando formados los módulos por un tubo interior (5) y un tubo exterior (6), así como elementos termoeléctricos (7) dispuestos entremedias, de manera que es generada una corriente eléctrica por la diferencia de temperatura entre el tubo exterior (6) y el tubo interior (5) del módulo (1) producida por un fluido (28) y un medio refrigerante (29), en el que el conductor eléctrico (9) está realizado con forma de placa y presenta una primera superficie frontal (14) y una segunda superficie frontal (15), así como una superficie de contorno (16), estando la primera cara frontal (14) unida a la segunda cara frontal (15) mediante al menos varios orificios (17), estando previstos los al menos varios orificios (17) para el alojamiento de los respectivos módulos (1) y presentando el conductor eléctrico (9) segundos contactos (18) conductores de la electricidad para la conexión conductora de la electricidad de los primeros contactos (8) de los módulos individuales (1) al conductor eléctrico (9).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/007897.

Solicitante: EMITEC GESELLSCHAFT FUR EMISSIONSTECHNOLOGIE MBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HAUPTSTRASSE 128 53797 LOHMAR ALEMANIA.

Inventor/es: BRUCK, ROLF, LIMBECK,Sigrid.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01N5/02 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 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-2467970_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Módulo para un generador termoeléctrico y un generador termoeléctrico.

La presente invención se refiere a un generador termoeléctrico para la generación de energía eléctrica a partir de la diferencia térmica de un fluido y un medio refrigerante, en el que el fluido es en particular el gas de escape de un motor de combustión interna de un automóvil.

El gas de escape de un motor de combustión interna de un automóvil posee energía térmica, la cual debe ser transformada en energía eléctrica mediante el generador termoeléctrico para por ejemplo cargar una batería u otro acumulador de energía y/o alimentar directamente a consumidores eléctricos con la energía necesaria. De esta forma se dispone en gran medida de energía para el funcionamiento del automóvil.

Tal generador termoeléctrico presenta en general una pluralidad de elementos convertidores termoeléctricos, eventualmente de tipo modular. Los materiales termoeléctricos son de un tipo que pueden convertir esta energía térmica efectiva en energía eléctrica (efecto Seebeck) y viceversa (efecto Peltier) . El “efecto Seebeck” se basa en el fenómeno de la conversión de energía térmica en energía eléctrica y es aprovechado para la generación de energía termoeléctrica. El “efecto Peltier” es el inverso del efecto Seebeck y es un fenómeno que va acompañado de adsorción térmica y en relación a un flujo de corriente es causado por diferentes materiales. El efecto Peltier ha sido propuesto ya por ejemplo para el enfriamiento termoeléctrico.

Tales elementos convertidores termoeléctricos presentan preferiblemente 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 prismas de semiconductores (dopados p y n) , que están unidos por su lado superior y su lado inferior (hacia el "lado caliente" o hacia "el lado frío") de manera alterna a puentes conductores de electricidad. Placas cerámicas o recubrimientos cerámicos y/o materiales similares sirven para el aislamiento de los puentes metálicos y, por lo tanto, están dispuestos preferiblemente entre los puentes metálicos. Si se prevé una caída de la temperatura a ambos lados de los prismas de semiconductores, entonces se forma un potencial de tensión. En el lugar de contacto se absorbe calor ("lado caliente") , de manera que los electrones de un lado llegan a la banda de conducción dispuesta energéticamente más alta del prisma siguiente. Por el otro lado los electrones pueden liberar ahora energía para llegar de nuevo al otro lado con un nivel de energía más bajo ("lado frío") . De esta manera, se puede ajustar un flujo de corriente con una caída correspondiente de la temperatura.

El documento US 3 054 840 A (ALSING CARL F) da a conocer un generador termoeléctrico cilíndrico en el que elementos de semiconductor con forma anular están fijados a elementos de disco. Estos elementos de disco presentan una brida distanciada del elemento de semiconductor con la que están fijados a un tubo cilíndrico exterior

o a un tubo cilíndrico interior. La transferencia de calor dentro del generador termoeléctrico se realiza por dentro o por fuera a través del tubo respectivo sobre la brida conformada cilíndricamente sujetada allí. A través de la brida es cedido el calor al elemento de semiconductor en la dirección del eje del cilindro y a continuación es evacuado a través del siguiente elemento de disco, ya sea hacia el tubo exterior o hacia el tubo interior. Correspondientemente los elementos de disco sirven ante todo para la conducción del calor. Las bridas están realizadas conductoras de la electricidad, pero la conducción de corriente se realiza solo a través de la superficie de contacto de los elementos de semiconductor con forma anular en la dirección axial del generador.

Ya se ha intentado proporcionar generadores termoeléctricos correspondientes en particular para su aplicación en automóviles. Sin embargo, estos eran en general muy caros en la fabricación y se caracterizan por un tamaño de construcción relativamente grande. Por ello no se ha podido conseguir aún una disponibilidad para la producción en serie.

De acuerdo con ello, el objeto de la presente invención es solucionar, al menos parcialmente, los problemas descritos con relación al estado de la técnica. En particular deben ser indicados un conductor eléctrico y un generador termoeléctrico, que individualmente o en conjunto constituyan un generador termoeléctrico que en cuanto a su tamaño de construcción se adapte a otros componentes, especialmente de un automóvil, hasta el punto de que pueda ser empleado de forma versátil en automóviles. Además estos componentes deben poder ser montados en un modelo de vehículo ya existente sin grandes variaciones y en particular poder ser montado de forma que sustituya a componentes ya existentes. Además también deben ser resueltos los problemas que existen respecto a la separación del fluido y el medio refrigerante en tal generador termoeléctrico y el contacto eléctrico, de manera que sea posible un empleo sencillo, robusto y duradero del generador termoeléctrico con poca potencia perdida. También debe ser indicado un procedimiento de fabricación adecuado para los elementos convertidores o el generador termoeléctrico.

Estos objetos se llevan a cabo con un conductor eléctrico según las características de la reivindicación 1, con un generador termoeléctrico según las características de la reivindicación 2, así como con procedimientos de fabricación con las características de las reivindicaciones 8 y 10. Realizaciones ventajosas de los dispositivos según

la invención se indican en las reivindicaciones formuladas de forma independiente en cada caso. Hay que indicar que las características indicadas individualmente en las reivindicaciones se pueden combinar entre sí de forma tecnológicamente conveniente a discreción, y mostrar otras configuraciones de la invención. La descripción, en particular en relación con las figuras, explica en detalle la invención y cita ejemplos de realización complementarios de la invención.

El módulo para un generador termoeléctrico está realizado con un primer extremo y un segundo extremo. El módulo presenta además al menos un tubo interior y un tubo exterior dispuesto por fuera en torno al tubo interior, así como al menos un elemento termoeléctrico que está dispuesto entre el tubo interior y el tubo exterior, de modo que el tubo interior y el tubo exterior están, respectivamente, aislados eléctricamente del por lo menos un elemento termoeléctrico. Además está previsto, respectivamente, al menos un primer contacto conductor de la electricidad en el primer extremo y en el segundo extremo que sirve para la conexión conductora de la electricidad del al menos un elemento termoeléctrico a un conductor eléctrico. Además el módulo puede ser atravesado desde el primer extremo hasta el segundo extremo por un fluido o un medio refrigerante.

El módulo está construido en particular alargado o de tipo tubo y forma por dentro una sección transversal que puede ser atravesada por el fluido o el medio refrigerante. En torno a este canal de flujo formado por el tubo interior están dispuestos los elementos termoeléctricos que de nuevo a través del tubo exterior pueden estar en contacto con intercambio de calor con el medio refrigerante o fluido que fluye alrededor. Así el tubo interior y el tubo exterior son preferiblemente metálicos y tienen en particular una sección transversal esencialmente del mismo tipo y que por ejemplo está realizada redonda o poligonal. El módulo tiene preferiblemente una longitud por lo menos de 15 a 40 cm (centímetros) y presenta en particular un diámetro interior del tubo interior desde 2 mm hasta 15 mm (milímetros) . El tubo exterior que rodea al tubo interior presenta un diámetro exterior lo más pequeño posible, de manera que el módulo en conjunto precise solo de poco espacio de construcción.

El al menos un elemento termoeléctrico está dispuesto entre el tubo interior y el tubo exterior de tal modo que al aplicar al módulo un medio refrigerante y un fluido caliente exista una diferencia de temperatura entre el tubo exterior y el tubo interior, de manera que a través del elemento termoeléctrico se genere un flujo de corriente. La cantidad de corriente que puede ser generada de esta forma depende especialmente del tipo de elemento termoeléctrico, esto es, en particular del grado de eficacia del elemento termoeléctrico a una temperatura determinada, así como de las temperaturas reinantes en el “lado caliente” del módulo y el “lado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Conductor eléctrico (9) para la conexión conductora de la electricidad de al menos varios módulos (1) a un electrodo (12) o a una carcasa (13) , estando formados los módulos por un tubo interior (5) y un tubo exterior (6) , así como elementos termoeléctricos (7) dispuestos entremedias, de manera que es generada una corriente eléctrica por la diferencia de temperatura entre el tubo exterior (6) y el tubo interior (5) del módulo (1) producida por un fluido (28) y un medio refrigerante (29) , en el que el conductor eléctrico (9) está realizado con forma de placa y presenta una primera superficie frontal (14) y una segunda superficie frontal (15) , así como una superficie de contorno (16) , estando la primera cara frontal (14) unida a la segunda cara frontal (15) mediante al menos varios orificios (17) , estando previstos los al menos varios orificios (17) para el alojamiento de los respectivos módulos (1) y presentando el conductor eléctrico (9) segundos contactos (18) conductores de la electricidad para la conexión conductora de la electricidad de los primeros contactos (8) de los módulos individuales (1) al conductor eléctrico (9) .

2. Generador termoeléctrico (2) , que presenta al menos

-varios módulos (1) con, respectivamente, un primer extremo (3) y un segundo extremo (4) , estando formados los módulos (1) por un tubo interior (5) y un tubo exterior (6) , así como elementos termoeléctricos

(7) dispuestos entremedias, de manera que es generada una corriente eléctrica por la diferencia de temperatura entre el tubo exterior (6) y el tubo interior (5) del módulo (1) producida por un fluido (28) y un medio refrigerante (29) ,

-al menos una entrada de fluido (20) y una salida de fluido (21) ,

-al menos una entrada de medio refrigerante (22) y una salida de medio refrigerante (23) , y

-una carcasa (13) ,

estando los al menos varios módulos (1) , al menos en el primer extremo (3) respectivo o el segundo extremo (4) respectivo, alojados mediante el tubo interior (5) o mediante el tubo exterior (6) en un conductor eléctrico (9) según la reivindicación 1.

3. Generador termoeléctrico (2) según la reivindicación 2, en el que está previsto al menos un elemento de soporte (26) que está unido a la carcasa (13) y a los diversos módulos (1) , y que forma con la carcasa (13) y los diversos módulos (1) una obturación (27) respecto a un fluido (28) y un medio refrigerante (29) .

4. Generador termoeléctrico (2) según la reivindicación 2 ó 3, en el que la carcasa (13) presenta al menos un elemento de compensación (10) .

5. Generador termoeléctrico (2) según una de las reivindicaciones 2 a 4, en el que los diversos módulos (1) presentan, respectivamente, al menos una estructura (30) para influir en el flujo de al menos el fluido (28) o el medio refrigerante (29) y/o para la conducción de calor al menos desde el fluido (28) o el medio refrigerante (29) hacia el tubo interior (5) o el tubo exterior (6) .

6. Automóvil (31) con un motor de combustión interna (32) y una tubería (33) de gas de escape y un generador termoeléctrico (2) según una de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el gas de escape (34) fluye a través de los diversos módulos (1) .

7. Automóvil (31) con un motor de combustión interna (32) y una tubería (33) de gas de escape y una tubería de retorno (35) de gas de escape y un generador termoeléctrico (2) según una de las reivindicaciones 2 a 6, que está dispuesto en la tubería de retorno (35) de gas de escape.

8. Procedimiento para la fabricación de un módulo (1) que comprende al menos las siguientes etapas:

a1. Provisión de un tubo interior (5) con una sección transversal (36) y una superficie de contorno exterior (37) ,

a2. Recubrimiento de al menos una parte (38) de la superficie de contorno exterior (37) con i) un dieléctrico (39) , y ii) un material de pista conductora (40) para la generación de pistas conductoras (19) ,

a3. Aplicación de material semiconductor (41) o de al menos un elemento termoeléctrico (7) ; y además: b1. Provisión de un tubo exterior (6) con una superficie interior (42) , b2. Aplicación sobre al menos una parte (38) de la superficie interior (42) de:

i) un dieléctrico (39) y

ii) material de pista conductora (40) para la generación de pistas conductoras (19) , y además c1. Reunión del tubo exterior (6) y el tubo interior (5) , en el que en la etapa b2 ii) el material de pista conductora (40) en forma de un tubo interior perfilado (47) con un diámetro interior mínimo (43) es introducido en el tubo exterior (6) y unido a este y según otra etapa b3. es ampliado el diámetro interior mínimo (43) .

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el módulo (1) presenta un primer extremo (3) y un segundo extremo (4) y las pistas conductoras de la electricidad (19) en el primer extremo (3) y en el segundo extremo (4) están unidas conduciendo la electricidad a al menos, respectivamente, un contacto eléctrico (8, 18) .

10. Procedimiento para la fabricación de un módulo (1) que comprende al menos las siguientes etapas: a1. Provisión de un tubo interior (5) con una sección transversal (36) y una superficie de contorno exterior (37) , a2. Recubrimiento de al menos una parte (38) de la superficie de contorno exterior (37) con:

i) un dieléctrico (39) , y ii) un material de pista conductora (40) para la generación de pistas conductoras (19) , 10 a3. Aplicación de material semiconductor (41) o de al menos un elemento termoeléctrico (7) ,

yademás:

b1. Provisión de un tubo exterior (6) con una superficie interior (42) , b2. Aplicación sobre al menos una parte (38) de la superficie interior (42) de i) un dieléctrico (39) y 15 ii) material de pista conductora (40) para la generación de pistas conductoras (19) , y además c1. Reunión del tubo exterior (6) y el tubo interior (5) ,

en el que el material semiconductor (41) aplicado sobre la superficie de contorno (37) del tubo interior (5) según la etapa a3. es dopado en una etapa a4. para la formación de al menos un elemento termoeléctrico (7) .


 

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