WO2018167745A2

WO2018167745A2 - Módulo de generación termoeléctrica

Info

Publication number: WO2018167745A2
Application number: PCT/IB2018/054114
Authority: WO
Inventors: Jorge Luis JARAMILLO PACHECO; Franco Olivio GUAMÁN BASTIDAS; Luis Rodrigo BARBA GUAMÁN; Carlos Byron BERMEO LEÓN
Original assignee: Universidad Tecnica Particular De Loja
Current assignee: Universidad Tecnica Particular De Loja
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: WO2018167745A3; ECSP20019294A

Abstract

Módulo de generación termoeléctrica. Comprende una capa superior que comprende una pluralidad de lentes de Fresnel (4); un protector de material aislante (5) dispuesto bajo la primera capa; un generador termoeléctrico, dispuesto bajo el protector de material aislante (5), con una estructura con una capa distribuidora de calor (2) dispuesta bajo el protector de material aislante (5), una capa intermedia con una pluralidad de dispositivos Peltier (1) dispuesta bajo la capa distribuidora de calor (2), y una capa distribuidora de frío (3) dispuesta bajo la capa intermedia. Dispone también de una capa inferior (6) que dispone de una pluralidad de tubos Venturi (7), dispuesta bajo la capa distribuidora de frío (3); una batería; un bloque de control de calidad de energía y almacenamiento (BCA) y un bloque de interface de usuario (BIU) para conectar varios módulos entre sí.

Description

MÓDULO DE GENERACIÓN TERMOELÉCTRICA

OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se puede incluir en el campo técnico de los generadores termoeléctricos de baja potencia del tipo de los que producen electricidad mediante la utilización del cambio de temperatura del entorno externo, convirtiendo energía térmica en energía eléctrica. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El calentamiento global conlleva asociados muchos desastres medioambientales, como por ejemplo un recrudecimiento de las temporadas de huracanes y de la fuerza y la potencia de los mismos. Este calentamiento global lleva asociada una actividad antropogénica. Esta situación, ligada al agotamiento global de yacimientos aprovechables de combustibles fósiles, de seguro consolidará los esfuerzos para aprovechar la energía proveniente de fuentes no convencionales.

Entre las iniciativas para aprovechar la energía de fuentes no convencionales, especial interés merece la denominada recolección de energía. Esta recolección permite la conversión en energía eléctrica de energías renovables que no están siendo suficientemente explotadas. Estas fuentes de energía pueden provenir por ejemplo de temperatura, vibración, luz, ondas electromagnéticas, etc. Los métodos y dispositivos de recolección de energía tienen una variedad de aplicaciones. A medida que la electrónica de baja potencia se vuelve cada vez más frecuente, la recolección o harvesting proporciona una manera útil de alimentar los dispositivos. Una forma de energía ambiental todavía sin explotar adecuadamente es la térmica ambiental, cuya conversión es posible gracias al efecto Seebeck. Este efecto se basa en el hecho de que si se unen los extremos de dos conductores de materiales diferentes como el cobre y el hierro, y una unión se mantiene a una temperatura más alta que la otra, se produce una diferencia de voltaje entre las dos uniones. Los generadores termoeléctricos existentes en el mercado se basan en este efecto.

En los generadores termoeléctricos se requiere garantizar la diferencia de temperatura entre ambos extremos, suministrando y liberando calor por medio de fuentes de calentamiento y enfriamiento.

Del estado de la técnica se conocen generadores termoeléctricos que operan utilizando el cambio de temperatura del entorno externo para convertir la energía térmica en energía eléctrica, como los descritos en los documentos US20140338713 A1 y US20100078054 A1 . Esto facilita la recolección de energía en lugares con amplias variaciones de temperatura a lo largo del día, o variaciones extremas entre el día y la noche. El uso de generadores termoeléctricos de baja potencia en estos espacios será posible cuando se resuelvan las restricciones respecto al lugar de instalación para garantizar una adecuada diferencia de temperatura entre las fuentes de calentamiento y de enfriamiento del generador. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un módulo de generación termoeléctrica de baja potencia para aprovechamiento de la energía térmica ambiental en zonas de clima variable. Así pues, el módulo propuesto permite obtener energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovable, aprovechando recursos naturales. Hasta ahora, la energía térmica ambiental estaba siendo desaprovechada y gracias a la presente invención se puede emplear para dotar de energía eléctrica muchas zonas del planeta que, por diferentes motivos, estaban aisladas. El módulo de generación termoeléctrica propuesto está configurado para producir electricidad mediante el cambio de temperatura del entorno externo, es decir, a partir de energía térmica. Es especialmente útil para ser empleado en lugares en los que hay una alta variabilidad de temperatura ya que comprende un generador de energía con dispositivos Peltier que aumenta su rendimiento al incrementarse la diferencia de temperatura entre sus extremos.

Asimismo, el módulo comprende una batería que permite almacenar la energía eléctrica generada por lo que no es necesario que se conecte a la red eléctrica. Esto permite emplear el módulo de generación de energía termoeléctrica en áreas que tradicionalmente han estado aisladas, alejadas de los servicios de redes de suministro eléctrico. Otra ventaja asociada a estas características técnicas es que permite minimizar el impacto ambiental de dotar de energía eléctrica dichas áreas que hasta ahora estaban aisladas. Elimina la necesidad de instalar otro tipo de soluciones que implicarían, por ejemplo, ampliar la red de suministro eléctrico, o que provocarían que dichas áreas se mantuvieran aisladas.

Por otra parte, el módulo comprende un bloque de interface de usuario que permite su adaptabilidad y conexión a otros módulos iguales. Así pues, cuando la necesidad de energía eléctrica aumenta, se pueden conectar varios módulos iguales a fin de aumentar la energía recolectada.

El módulo tiene capacidad generadora de energía eléctrica a cualquier hora, incluso durante la noche. Para ello dispone de elementos retenedores del calor, que permiten acumular el calor absorbido por el día para mantenerlo durante la noche. Asimismo, comprende elementos distribuidores de frío que permiten que, aunque haga mucho calor durante el día, una de las zonas del módulo se mantenga a baja temperatura para mantener la diferencia térmica necesaria para su correcto funcionamiento.

La batería está conectada a un bloque de control de calidad de energía y almacenamiento que corrige la polaridad de la electricidad generada en el generador termoeléctrico. Posteriormente, este mismo bloque es el encargado de almacenar la energía en la batería donde se mantiene hasta el momento en el que se hace necesario utilizarla. El generador térmico tiene una estructura tipo sándwich con una pluralidad de dispositivos Peltier dispuestos en su parte central. En los extremos de cada dispositivo Peltier se encuentran unas capas de calentamiento y enfriamiento forzado que permiten crear y mantener una diferencia de temperatura entre dichos extremos.

Asimismo el módulo comprende una capa superior en la que hay una pluralidad de lentes de Fresnel para concentrar los rayos solares del exterior. De esta forma se hace aumentar la temperatura en uno de los extremos del generador termoeléctrico. Para evitar que el calor se pierda durante la noche, comprende un protector aislante que puede ser por ejemplo una cubierta de plástico u otro material que consiga el mismo efecto.

El módulo comprende, bajo el generador termoeléctrico, una capa inferior con una pluralidad de tubos de Venturi. En dichos tubos entra aire que se va acelerando durante su recorrido, reduciendo así su temperatura. Así pues, esta capa inferior es la encargada de mantener una temperatura baja incluso durante el día en los extremos correspondientes de los dispositivos Peltier.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1 .- Muestra una vista seccionada del módulo de generación de energía eléctrica.

Figura 2.- Muestra una vista en detalle de un tubo Venturi.

Figura 3.- Muestra una vista de la secuenciación de los tubos Venturi de la capa de enfriamiento forzado. Figura 4.- Muestra una vista de la secuencia de operación de los bloques de control y almacenamiento de energía, y de interface de usuario.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A continuación se describe, con ayuda de las figuras 1 a 4, un ejemplo de realización de la invención.

En la figura 1 se puede ver un módulo de generación termoeléctrica seccionado para que se aprecien bien sus componentes entre los que destaca un generador termoeléctrico, un bloque de control de calidad de energía y almacenamiento (BCA), y un bloque de interface de usuario (BIU).

El generador termoeléctrico dispone de una estructura de tipo sándwich con una capa intermedia con una pluralidad de dispositivos Peltier (1 ). Estos dispositivos son los encargados de convertir la diferencia de energía térmica que hay en sus extremos en energía eléctrica. Para ello es necesario asegurar que uno de los extremos esté a una temperatura mayor que el otro. Cuanto mayor sea dicha diferencia de temperatura más energía eléctrica se obtiene. Para ello, el generador termoeléctrico comprende una capa distribuidora de calor (2) dispuesta encima de la capa intermedia y una capa distribuidora de frío (3) dispuesta por debajo de la capa intermedia, tal y como se observa en la figura 1 .

Asimismo se puede observar que el módulo comprende una capa superior con una pluralidad de lentes de Fresnel (4) que concentran los rayos solares. Esta capa está dispuesta en el extremo superior del módulo para que los rayos solares puedan incidir directamente con las lentes (4).

Dichas lentes (4) están distribuidas sobre la superficie de un protector de material aislante (5) que puede ser una cubierta plástica o de otro material. El protector (5) cubre la distancia focal y reduce la pérdida de calor durante la noche. Asimismo el módulo comprende una capa inferior (6) que dispone de una pluralidad de tubos Venturi (7), dispuesta bajo la capa distribuidora de frío (3) del generador termoeléctrico. Esta capa facilita el enfriamiento de la capa distribuidora de frío (3). Para que el módulo funcione de forma autónoma comprende una batería. Asimismo, el bloque de control de calidad de energía y almacenamiento (BCA) está configurado para corregir la polaridad de la electricidad generada en el generador termoeléctrico y almacenarla en dicha batería mediante un circuito regulador. Como se ha descrito previamente, otra de las características esenciales de la invención es que puede conectarse con otros módulos de generación termoeléctrica para aumentar la capacidad de generación en función de las necesidades concretas. Para ello el bloque de interface de usuario (BIU) configurado para conectar varios módulos de generación termoeléctrica entre sí.

En la figura 2 se ha representado un detalle de la construcción de los tubos Venturi (7). Se puede ver que en uno de sus extremos tiene una configuración troncoconica, a través de la que ingresa aire en su interior. El resto del tubo puede tener una sección constante, con un diámetro igual al menor diámetro de la sección de configuración troncoconica. Este aire se acelera al ir recorriendo el tubo, de forma que se reduce su temperatura.

Como se puede ver en la figura 3, los tubos de Venturi (7) están distribuidos con cambio de dirección en forma secuencial, corrigiendo problemas de cambio de dirección del viento y aprovechando al máximo el espacio. Es decir, los tubos Venturi (7) de la capa inferior (6) están dispuestos contiguos y orientados en direcciones opuestas alternativamente.

Asimismo, en la figura 4 se aprecia un detalle de secuenciación de operación de los bloques de control y almacenamiento de energía (BCA), y de interface de usuario (BIU). La electricidad recolectada (Er) en cada uno de los dispositivos Peltier (1 ) ingresa al bloque de control y almacenamiento de energía (BCA). En una primera etapa se corrige la polaridad de la electricidad generada durante el día y la noche. La energía se almacena en la batería y se entrega a través de un circuito regulador. Cuando es necesario tener mayor capacidad de producción de energía eléctrica, el bloque de interface de usuario (BlU) permite la interconexión de varios módulos para aumentar la energía recolectada y entregarla al usuario final como energía producida (Eu).

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1 . - Módulo de generación termoeléctrica caracterizado porque comprende:

- una capa superior que comprende una pluralidad de lentes de Fresnel (4);

-un protector de material aislante (5) dispuesto bajo la primera capa;

- un generador termoeléctrico, dispuesto bajo el protector de material aislante (5), con una estructura de tipo sándwich que comprende:

o una capa distribuidora de calor (2) dispuesta bajo el protector de material aislante (5);

o una capa intermedia con una pluralidad de dispositivos Peltier (1 ) dispuesta bajo la capa distribuidora de calor (2);

o una capa distribuidora de frío (3) dispuesta bajo la capa intermedia;

- una capa inferior (6) que dispone de una pluralidad de tubos Venturi (7), dispuesta bajo la capa distribuidora de frío (3);

- una batería;

- un bloque de control de calidad de energía y almacenamiento (BCA) configurado para corregir la polaridad de la electricidad generada en el generador termoeléctrico y almacenarla en la batería mediante un circuito regulador;

- un bloque de interface de usuario (BlU) configurado para conectar varios módulos de generación termoeléctrica entre sí.

2. - Módulo de generación termoeléctrica según la reivindicación 1 caracterizado por que el protector de material aislante (5) es de plástico.

3.- Módulo de generación termoeléctrica según la reivindicación 1 caracterizado por que los tubos Venturi (7) de la capa inferior (6) están dispuestos contiguos y orientados en direcciones opuestas alternativamente.