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ES2824548T3 - Intercambiador de calor de combustión con generador termoeléctrico - Google Patents

Intercambiador de calor de combustión con generador termoeléctrico Download PDF

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ES2824548T3
ES2824548T3 ES17809061T ES17809061T ES2824548T3 ES 2824548 T3 ES2824548 T3 ES 2824548T3 ES 17809061 T ES17809061 T ES 17809061T ES 17809061 T ES17809061 T ES 17809061T ES 2824548 T3 ES2824548 T3 ES 2824548T3
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Tomasz Siemienczuk
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Abstract

Un intercambiador de calor de combustión destinado a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria, equipado con una camisa exterior, una cámara de combustión y tubos de llama fijados en una parte inferior del tamiz superior (8a) y una parte inferior del tamiz inferior (8b), caracterizado por tener un generador termoeléctrico, cuyo funcionamiento se basa en el efecto Seebeck, dicho generador termoeléctrico, en uso, se coloca en contacto térmico con los gases de combustión, y contiene dos subcapas semiconductoras (p, n) que no entran en contacto entre sí y se interconectan en serie con elementos conductores de capa delgada (2a, 2b) provistos de extremos de conexión (4, 5) para evacuar la energía eléctrica generada, dichos elementos conductores de capa delgada (2a, 2b) están eléctricamente aislados en ambos lados con capas (3a , 3b) de un aislante eléctrico, en donde el generador termoeléctrico toma la forma de una capa termoeléctrica delgada (13) aplicada bajo la tecnología de Deposición Física de Vapor (PVD) a estos elementos del intercambiador de calor que están en contacto térmico con los gases de combustión, donde directamente sobre dichos elementos del intercambiador de calor se aplica una primera capa (3a) del aislante eléctrico, sobre la cual se aplica una primera capa del elemento conductor de capa delgada (2a) con el grosor (d2) dentro del rango de 1 μm a 5 μm, sobre el cual se aplican alternativamente las dos subcapas semiconductoras (p, n) de una capa termoeléctrica (1) donde el grosor (d1) de cada subcapa semiconductora ( p, n) varía de 1 μm a 10 μm y el ancho (s) de cada subcapa semiconductora (p, n) varía de 0,1 mm a 2 mm, sobre la cual se aplica una segunda capa del elemento conductor de capa delgada (2b) con el grosor (d2) dentro del rango de 1 μm a 5 μm, sobre el cual se aplica una segunda capa (3b) del aislante eléctrico, dicho aislante eléctrico (3a, 3b) se basa en óxidos inorgánicos, y el lado frío de las subcapas semiconductoras (p, n) de la capa termoeléctrica (1) se enfriará, en uso, con agua suministrada al intercambiador de calor.

Description

DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor de combustión con generador termoeléctrico
La invención se refiere a un intercambiador de calor de combustión con un generador termoeléctrico, designado en particular a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria.
El mercado actual espera nuevas soluciones técnicas y dispositivos capaces de cumplir con un número creciente de funciones y, al mismo tiempo, ser cada vez más universales. Además, toda la industria está realizando un gran esfuerzo para desarrollar nuevos métodos de generación de energía eléctrica. La mayoría de los dispositivos microgeneradores disponibles actualmente en el mercado se basan en el principio de conversión de alguna forma de energía cinética en energía eléctrica. Se conocen soluciones que emplean diferentes tipos de motores alternativos, motores Stirling, turbinas, etc. Las soluciones se caracterizan por limitaciones sustanciales resultantes del alto nivel de su complejidad que conlleva un alto costo de producción, así como también por la baja confiabilidad y altos costos relacionados para asegurar el mantenimiento requerido.
Se conocen los dispositivos termoeléctricos que emplean el efecto Seebeck, que permiten la generación de energía eléctrica. Los dispositivos contienen medios técnicos termoeléctricos donde la diferencia de temperatura entre áreas específicas permite la generación de energía eléctrica.
El estado actual de la técnica en el área de recubrimientos termoeléctricos implica que aún no se ha encontrado una solución que proporcione instrucciones sobre cómo aplicar compuestos termoeléctricos de manera exhaustiva y usarlos en dispositivos. Sin embargo, existen algunas publicaciones científicas que discuten métodos específicos de fabricación de componentes semiconductores únicamente, destinados atermopares.
También debe mencionarse aquí que se intenta colocar capas de telururo de bismuto bajo el método de pulverización térmica. Sin embargo, debido a su alta imprecisión, el método resulta poco efectivo y los sistemas producidos tienen un rendimiento deficiente. Debido a la estructura abierta de las uniones de semiconductores del tipo 'p' y 'n', los sistemas no pueden usarse de manera segura.
Actualmente, el mercado está saturado solo en lo que respecta a los termopares prefabricados. Sus limitaciones bastante sustanciales se derivan de su absoluta falta de conformabilidad y sus tamaños estandarizados.
Recientemente, sin embargo, se ha desarrollado un nuevo grupo de aplicaciones para los termopares generadores de electricidad: se usan para generar electricidad en los denominados generadores de energía de senderismo. Los dispositivos emplean energía térmica para permitir la carga de pequeños receptores. Sin embargo, debido al tamaño del mercado objetivo y las soluciones técnicas usadas, difícilmente puede hablarse aquí de escala industrial. Los intentos experimentales hasta ahora de usar módulos de termopar prefabricados no tienen ninguna posibilidad real de comercialización debido a sus limitaciones de producción y de tamaño. Otro factor que obstaculiza efectivamente el desarrollo de esta rama industrial específica es el alto costo unitario de los termopares.
Del documento GB 2451 521 A se conoce calentador de agua portátil que tiene una cámara de combustión, donde el calentador quema combustible para asegurar la fuente de calefacción. La cámara de combustión está equipada con un quemador de combustible y un ventilador que suministra aire al quemador. El ventilador se alimenta con energía de un generador termoeléctrico que contiene un dispositivo Peltier-Seebeck que tiene un lado caliente por el calor producido por el quemador y un lado frío, enfriado por el aire suministrado por el ventilador. El combustible se suministra al quemador gravitacionalmente desde una lata de gasolina. El generador termoeléctrico contiene un conjunto de módulos semiconductores hechos de telururo de bismuto (BI-TE) conectados en serie, donde los módulos producen tensión eléctrica cada vez que ocurre una diferencia de temperatura en toda la pila. El calentador de agua no necesita alimentarse con energía y puede usarse en cocinas de campaña, en un bote, etc.
El documento WO2016/089233 A1 describe un intercambiador de combustión destinado a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria, equipado con una camisa externa, una cámara de combustión y los tubos de llama fijados en las partes inferiores del tamiz.
El documento WO 2008/061823 A2 describe una estructura y un proceso de fabricación de elementos termoeléctricos delgados y flexibles para producir electricidad.
El propósito de la invención es mejorar la eficiencia energética de los intercambiadores de calor y, en particular, proporcionar un intercambiador de calor de combustión destinado especialmente a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria, que al mismo tiempo generaría energía eléctrica usada para suministrar energía a accesorios electrónicos adicionales o dispositivos externos, o realimentados a la red eléctrica. Además, el propósito de la invención es resolver los problemas descritos en los primeros párrafos de la misma al proporcionar medios técnicos que superarían la baja eficiencia de los dispositivos termoeléctricos y reducirían sus costos de producción.
El objetivo se ha logrado mediante el desarrollo de un intercambiador de calor equipado con medios técnicos termoeléctricos que emplean el calor producido en el proceso de quema del combustible para generar energía eléctrica.
Un intercambiador de calor de combustión destinado a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria, equipado con una camisa exterior, una cámara de combustión y tubos de llama fijados en una parte inferior del tamiz superior y un fondo de tamiz inferior, de acuerdo con la invención se caracteriza por tener un generador termoeléctrico, cuyo funcionamiento se basa en el efecto Seebeck, dicho generador termoeléctrico, en uso, se coloca en contacto térmico con los gases de combustión, y contiene dos subcapas semiconductoras (p, n) que no entran en contactan entre sí y se interconectan en serie con elementos conductores de capa delgada equipados con extremos de conexión para evacuar la energía eléctrica generada, dichos elementos conductores de capa delgada están aislados eléctricamente en ambos lados con capas de un aislante eléctrico, en donde el generador termoeléctrico toma la forma de un recubrimiento termoeléctrico delgado aplicado bajo la tecnología de Deposición Física de Vapor (PVD) a estos elementos del intercambiador de calor que están en contacto térmico con los gases de combustión, donde directamente sobre dichos elementos del intercambiador de calor, se aplica una primera capa del aislante eléctrico, sobre la cual se aplica una primera capa del elemento conductor de capa delgada con un grosor dentro del rango de 1 pm a 5 pm, sobre la cual se aplican alternativamente las dos subcapas semiconductoras (p, n) de una capa termoeléctrica donde el grosor de cada subcapa semiconductora (p, n) varía de 1 pm a 10 pm y el ancho de cada subcapa semiconductora (p, n) varía de 0,1 mm a 2 mm, sobre la cual se aplica una segunda capa del elemento conductor de capa delgada con un grosor dentro del rango de 1 pm a 5 pm, sobre la cual se aplica una segunda capa del aislante eléctrico, dicho aislante eléctrico se basa en óxidos inorgánicos, y el lado frío de las subcapas semiconductoras (p, n) de la capa termoeléctrica se enfriará, en uso, con agua suministrada al intercambiador de calor.
Preferentemente, los elementos conductores de capa delgada se hacen de cobre. Preferentemente, las capas de aislante eléctrico se producen a base de AhO3 o SiO2 o MgO.
Preferentemente, el recubrimiento termoeléctrico se aplica a la superficie lateral exterior de la cámara de combustión y/o a la superficie lateral exterior de los tubos de llama y/o a la superficie inferior de la parte inferior del tamiz superior, y/o a la superficie superior de la parte inferior del tamiz inferior y/o al menos a un lado de al menos un deflector del tamiz a través del cual corren los tubos de llama, y/o a la superficie interior de la camisa externa.
Preferentemente, las subcapas semiconductoras [p, n] de la capa termoeléctrica se forman en anillos alternos.
La invención permite la producción adicional de energía eléctrica obtenida mediante el uso del recubrimiento termoeléctrico incorporado en el intercambiador. Además de la energía térmica, el intercambiador de calor, con su recubrimiento termoeléctrico incorporado, genera energía eléctrica de acuerdo con el efecto Seebeck. La ventaja de la solución de acuerdo con la invención reside, por ejemplo, en la ausencia de elementos móviles, gracias a lo cual se reducirá el mantenimiento del intercambiador de calor. Además, gracias a la ausencia de elementos móviles, el proceso de generación de energía eléctrica es totalmente libre de sonidos y libre de vibraciones, lo que permitirá la instalación del dispositivo en un mayor número de ubicaciones, lo que minimiza al mismo tiempo la dificultad del dispositivo para las personas que viven y trabajan cerca de este; también asegurará la escalabilidad de uso, que va desde las microaplicaciones hasta las altas potencias, así como también la escalabilidad de la producción en tecnología de producción automatizada fácil de copiar a gran escala. Además, gracias al aprovechamiento del efecto termoeléctrico, es posible generar electricidad directamente a partir de energía térmica, sin pasar por la conversión a energía cinética, lo que se traducirá en una alta confiabilidad y menores costos de mantenimiento.
La energía eléctrica producida puede encontrar diferentes aplicaciones, por ejemplo, en:
• el suministro de energía a subconjuntos eléctricos de un dispositivo completo, tales como elementos de control o sistemas de bombeo (lo que mejora la eficiencia energética).
• la construcción de unidades autónomas independientes de la fuente de alimentación externa
• el suministro de energía de regreso a la red eléctrica local (lo que reduce la demanda de energía eléctrica de los hogares) • el suministro de energía de regreso a la red eléctrica (microfuentes, prosumidor, energía ciudadana).
Estas y otras características de la invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción de una forma preferente de las modalidades, dada como un ejemplo no restrictivo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra la cámara de combustión con tubos de llama en vista en perspectiva;
La Figura 2 ilustra la camisa externa del intercambiador de calor;
La Figura 3 muestra el intercambiador de calor en sección vertical;
La Figura 4 representa un fragmento de la sección vertical de la cámara de combustión;
La Figura 5 muestra un fragmento del intercambiador de calor como se encuentra en la Figura 6;
La Figura 6 presenta el intercambiador de calor en una vista en perspectiva con el interior de la cámara de combustión mostrada;
La Figura 7 ilustra el recubrimiento termoeléctrico en sección transversal.
Un intercambiador de calor de combustión destinado a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria tiene una cámara de combustión 6 en la parte superior, tubos de llama 7 fijados en las partes inferiores del tamiz: parte inferior del tamiz superior 8a y parte inferior del tamiz inferior 8b, así como también deflectores transversales 9, donde todo el intercambiador de calor se encierra en una camisa externa 10 equipada con un tubo corto 11 que suministra agua fría y un tubo corto 12 de evacuación de agua caliente. Se aplica a la superficie lateral exterior de la cámara de combustión 6 bajo la tecnología PVD mediante, por ejemplo, evaporación, ablación láser, pulverización catódica con magnetrón, deposición por arco catódico filtrado o PVD por haz de electrones, el recubrimiento 13 que contiene una capa termoeléctrica 1 que tiene dos subcapas semiconductoras [p, n] que no entran en contacto entre sí, el grosor d1 de los cuales varía de 1 pm a 10 pm, preferentemente de 5 pm, donde las subcapas se forman en anillos alternos [p, n] del ancho s que se encuentran dentro del rango de 0,1 mm a 2 mm, preferentemente que asciende a 1 mm, y donde los anillos se interconectan en serie con elementos conductores de capa delgada 2a, 2 b hechos de cobre, el grosor d2 de los cuales varía de 1 a 5 pm, preferentemente que asciende 3 pm, y donde los elementos conductores están equipados con conexiones de extremo 4, 5 para evacuar la energía eléctrica generada. La capa termoeléctrica 1 está aislada eléctricamente en ambos lados con capas 3a, 3b de aislante eléctrico a base de óxidos inorgánicos, particularmente AhO3 o SiO2 o MgO. El lado frío de las capas semiconductoras [p, n] de la capa termoeléctrica 1 se enfría con agua suministrada al intercambiador de calor.
En primer lugar, el proceso de aplicación de la capa de aislante eléctrico 3a debe realizarse en la cámara tecnológica, gracias a lo cual la capa termoeléctrica será eléctricamente independiente de la base. La capa aislante debe ser homogénea y de estructura continua. Esto la hará muy resistente a la ruptura en avalancha. Entonces, se fabrican los elementos conductores de capa delgada 2a ubicados apropiadamente, que formarán la base y servirán como conexión eléctrica entre las subcapas semiconductoras. Hay muchos materiales que pueden cumplir esta función. El cobre parece una buena opción debido a la facilidad de deposición y la buena conductividad. Los componentes más importantes del recubrimiento termoeléctrico 13 son dos capas semiconductoras de los tipos [p, n] que pueden hacerse de los siguientes grupos de materiales: telururo de plomo; seleniuro de estaño; compuestos detelururo, antimonio y bismuto; compuestos de oclusión inorgánicos; escuterudita; compuestos semi-Heusler; compuestos de silicio; y compuestos de germanio. Gracias a la interconexión entre dos capas semiconductoras diferentes [p, n] que se logra mediante el uso de una capa conductora, será posible lograr el flujo de corriente siempre que el compuesto esté expuesto a una diferencia de temperatura. El material debe seleccionarse de acuerdo con los criterios de, por ejemplo, rendimiento esperado, la consiguiente eficiencia termoeléctrica (ZT) y el rango anticipado de temperaturas a las que se expondrá el recubrimiento termoeléctrico 13 durante el funcionamiento. En la siguiente etapa en el proceso de producción de una capa termoeléctrica, se producen los elementos conductores de capa fina 2 b ubicados apropiadamente para cerrar el circuito eléctrico de la capa termoeléctrica 1. La última etapa consiste en la producción de la segunda capa 3b del aislante eléctrico.
El lado frío de las subcapas semiconductoras [p, n] de la capa termoeléctrica 1 se enfría con agua que fluye dentro de la camisa externa 10. El grosor del recubrimiento 13 es de 50 pm o menos.
En la segunda modalidad ilustrativa de la invención, el recubrimiento 13 que tiene una capa termoeléctrica 1 se aplica a la superficie lateral exterior de los tubos de llama 7 del intercambiador de calor descrito en el ejemplo uno.
En la tercera modalidad ilustrativa de la invención, el recubrimiento 13 que tiene una capa termoeléctrica 1 se aplica a la superficie inferior de la parte inferior del tamiz superior 8a y a la superficie superior de la parte inferior del tamiz inferior 8b del intercambiador de calor descrito en el ejemplo uno.
En la cuarta modalidad ilustrativa de la invención, el recubrimiento 13 que tiene una capa termoeléctrica 1 se aplica a ambos lados de los deflectores del tamiz 9 a través de los cuales pasan los tubos de llama 7 del intercambiador de calor descrito en el ejemplo uno.
En la quinta modalidad ilustrativa de la invención, el recubrimiento 13 que tiene una capa termoeléctrica 1 se aplica a la superficie interior de la camisa exterior 10 del intercambiador de calor descrito en el ejemplo uno.
En el intercambiador de calor de acuerdo con la invención se quema combustible en la cámara de combustión 6. El calor producido de esta manera se recibe por el agente calentado, es decir, agua que fluye a través del intercambiador de calor. El lado caliente de la capa termoeléctrica 1 que tiene capas semiconductoras [p, n] interconectadas en serie permanece en contacto térmico con los gases de combustión calientes generados en el proceso de quema del combustible en la cámara de combustión 6, mientras que el lado frío de la misma capa permanece en contacto térmico con el agente calentado, es decir, agua que fluye a través del intercambiador de calor.
De acuerdo con la teoría de Seebeck, la diferencia de temperatura resultante de la misma desencadena un movimiento ordenado de cargas en los elementos semiconductores [p, n] contenidos en la capa termoeléctrica 1.
Debido a la conexión en serie entre los elementos, se produce una diferencia de potencial entre los puntos de conexión más exteriores, es decir, los extremos 4, 5.
La energía producida de esta manera puede usarse para suministrar energía a accesorios electrónicos o dispositivos externos, o suministrarla de regreso a la red eléctrica.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor de combustión destinado a instalaciones de calefacción central y/o agua sanitaria, equipado con una camisa exterior, una cámara de combustión y tubos de llama fijados en una parte inferior del tamiz superior (8a) y una parte inferior del tamiz inferior (8b), caracterizado por tener un generador termoeléctrico, cuyo funcionamiento se basa en el efecto Seebeck, dicho generador termoeléctrico, en uso, se coloca en contacto térmico con los gases de combustión, y contiene dos subcapas semiconductoras (p, n) que no entran en contacto entre sí y se interconectan en serie con elementos conductores de capa delgada (2a, 2b) provistos de extremos de conexión (4, 5) para evacuar la energía eléctrica generada, dichos elementos conductores de capa delgada (2a, 2b) están eléctricamente aislados en ambos lados con capas (3a , 3b) de un aislante eléctrico, en donde el generador termoeléctrico toma la forma de una capa termoeléctrica delgada (13) aplicada bajo la tecnología de Deposición Física de Vapor (PVD) a estos elementos del intercambiador de calor que están en contacto térmico con los gases de combustión, donde directamente sobre dichos elementos del intercambiador de calor se aplica una primera capa (3a) del aislante eléctrico, sobre la cual se aplica una primera capa del elemento conductor de capa delgada (2a) con el grosor (d2 ) dentro del rango de 1 pm a 5 pm, sobre el cual se aplican alternativamente las dos subcapas semiconductoras (p, n) de una capa termoeléctrica (1 ) donde el grosor (d1 ) de cada subcapa semiconductora ( p, n) varía de 1 pm a 10 pm y el ancho (s) de cada subcapa semiconductora (p, n) varía de 0,1 mm a 2 mm, sobre la cual se aplica una segunda capa del elemento conductor de capa delgada (2 b) con el grosor (d2) dentro del rango de 1 pm a 5 pm, sobre el cual se aplica una segunda capa (3b) del aislante eléctrico, dicho aislante eléctrico (3a, 3b) se basa en óxidos inorgánicos, y el lado frío de las subcapas semiconductoras (p, n) de la capa termoeléctrica (1 ) se enfriará, en uso, con agua suministrada al intercambiador de calor.
2. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos conductores de capa delgada (2a, 2 b) se hacen de cobre.
3. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las capas de aislante eléctrico (3a, 3b) se fabrican a base de AhO3 o SiO2 o MgO.
4. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el recubrimiento termoeléctrico (13) se aplica sobre la superficie lateral exterior de la cámara de combustión (6).
5. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el recubrimiento termoeléctrico (13) se aplica sobre la superficie lateral exterior de los tubos de llama (7).
6. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el recubrimiento termoeléctrico (13) se aplica a la superficie inferior de la parte inferior del tamiz superior (8a).
7. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el recubrimiento termoeléctrico (13) se aplica sobre la superficie superior de la parte inferior del tamiz inferior (8b).
8. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el recubrimiento termoeléctrico (13) se aplica en al menos un lado de al menos un deflector del tamiz (9) a través del que corren los tubos de llama (7).
9. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el recubrimiento termoeléctrico (13) se aplica a la superficie interior de la camisa exterior (10).
10. El intercambiador de calor de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las subcapas semiconductoras (p, n) de la capa termoeléctrica (1 ) se forman en anillos alternos.
ES17809061T 2016-11-03 2017-10-27 Intercambiador de calor de combustión con generador termoeléctrico Active ES2824548T3 (es)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4942863A (en) * 1989-04-06 1990-07-24 John C. Young Thermoelectric generator for use in a heater and method of installation
US6019098A (en) * 1993-10-19 2000-02-01 Hi-Z Technology, Inc. Self powered furnace
DE102006055120B4 (de) * 2006-11-21 2015-10-01 Evonik Degussa Gmbh Thermoelektrische Elemente, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
GB2451521A (en) 2007-08-03 2009-02-04 Alpine Energy Ltd Heater with Combustion Chamber and Thermoelectric Powered Blower
PL410385A1 (pl) * 2014-12-04 2016-06-06 Aic Spółka Akcyjna Sposób ochrony ściany sitowej komory spalania opalanego wymiennika ciepła i opalany wymiennik ciepła z ochroną ściany sitowej komory spalania

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