LT5370B

LT5370B - BuDAS IR IRENGINYS TERMOELEKTROS ENERGIJAI GENERUOTI

Info

Publication number: LT5370B
Application number: LT2004096A
Authority: LT
Inventors: Povilas Balciunas
Original assignee: Kauno technologijos universitetas
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-10-25
Also published as: LT2004096A

Abstract

Isradimas priklauso energetines elektronikos puslaidininkiu termoelektros generatoriu sriciai ir gali buti pritaikytas silumos ir termoelektros jegainese, naudojanciose vietini pigu kura. Jis zymiai padidina puslaidininkiniu termoelektros generatoriu (TEG) potencines galios isnaudojima. Budas termoelektros energijai generuoti pagristas tuo, kad per kontrolerio elektronini komutatoriu ikrauna apkrovos itaise esancius du identiskus superdideles talpos kondensatorius (SDK) iki fiksuoto dydzio ikrovimo itampos UIK, kuri yra mazesne uz TEG tuscios veikos itampa U0. Ikrauta SDK palieka prijungta prie TEG, o kita per kontrolerio elektronini komutatoriu prijungia prie apkrovos itaise esanciu energijos norminimo ir rekuperacijos bloko bei energijoskaupiklio ir apkrovos. SDK iskraunamas iki itamposUIS, kuri sudaro (0,7,0,85) nuo UIK,. Nevisiskai iskrauta viena SDK per kontroleri prijungia ikrovimui prie TEG, o kita - ikrauta SDK - prie energijos kaupiklio ir apkrovos, priklausomai nuo ismatuotu SDK ikrovimo ir iskrovimo itampu didumo periodiskai, pakaitomis juos perjungia TEG energijos kaupiklio bei apkrovos elektrineje grandineje ir tuo uztikrina zymiai geresni TEG potencines galios isnaudojima. Irenginys termoelektros energijai generuoti, susidedantis is elektros energija generuojancioTEG, energija reguliuojancio kontrolerio, sudaryto is elektroninio komutatoriaus, paskirstancio TEGenergija dviems superdideles talpos kondensatoriams (SDK), mikroprocesoriaus, valdancio elektroninikomutatoriu, jutikliu, matuojanciu SDK ikrovimo ir iskrovimo itampas, apkrovos bloko, susidedanciois dvieju SDK, trumpalaikiai sukaupianciu energija savo elektriniame lau

Description

išradimas priklauso energetinės elektronikos puslaidininkinių termoelektros generatorių sričiai ir gali būti pritaikytas šilumos ir termoelektros jėgainėse, naudojančiose vietinį pigų kurą.

Žinomas termoelektros energijai generuoti būdas ir aparatas termoelektros generatorių ir apkrovos įtampai matuoti ir optimaliai reguliuoti. Aparatas sudarytas iš termoelektros generatoriuje ĮTEG] esančių puslaidininkinių modulių, kurių tarpusavio sujungimų būdą nuoseklųjį, lygiagretųjį ar mišrųjį valdo sujungimo būdų perjungimo blokas, kuris priklausomai nuo TEG ir apkrovos įtampų, kurias matuoja įtampų matavimo blokas, parenka puslaidininkinių modulių sujungimo būdą o jų tarpusavio sujungimų būklę kontroliuoja sujungimų nutrūkimo kontrolės blokas (Europos patentas EP 0878851, H01L 35/00, H01L 35/28).

Šis būdas ir aparatas leidžia išmatuoti ir įvertinti TEG ir apkrovos įtampas ir, keičiant TEG modulių sujungimo būdą geriau išnaudoti TEG generuojamą vardinę galią Tačiau juo negalima geriau išnaudoti TEG potencinės galios, padidinant TEG generuojamą galią

Žinomas taip pat kitas termoelektros energijos sistemos realizavimo būdas ir įrenginys, kuriame TEG įtampą matuoja, valdo ir energijos tiekimą apkrovai reguliuoja kontroleris priklausomai nuo TEG įtampos matavimo rezultato, be to, sistemos struktūroje yra kompensavimo priemonės, kurios užtikrina nepertraukiamą energijos tiekimą apkrovai, kai kontroleris nustatyto laiko tarpe nutraukia energijos tiekimą apkrovai iš TEG (Europos patentas EP 174996A1 H02N 11/00).

Šios sistemos būdas ir įrenginys leidžia valdyti tik TEG vardinę galią tiekiamą apkrovai, ir efektyviai sukaupti elektros energiją priklausomai nuo generuojamos TEG įtampos. Tačiau taip pat kaip ir pirmojo analogo atveju, juo negalima geriau išnaudoti TEG potencinės galios padidinant jo generuojamą galią. Visuose žinomuose analoguose ir prototipe TEG vardinė galia Pn tesudaro tik 50% nuo potencinės galios, taigi ji išnaudojama nepakankamai.

Tačiau, nežiūrint šio svarbaus trūkumo, dėl esminių požymių panašumo šis būdas ir įtaisas priimtas galimojo išradimo prototipu.

Išradimo tikslas - .padidinti TEG efektyvumą, geriau išnaudojant potencinę galią. Nurodytas tikslas pasiektas tuo, kad per kontrolerio elektroninį komutatorių įkrauna du identiškus superdidelės talpos kondensatorius [SDK] iki fiksuoto dydžio įkrovimo įtampos Ujk, kurią parenka mažesnę už tenmoelektros generatoriaus [TEG] tuščiosios veikos įtampą U_o (U_!K < U_o), be to, vieną įkrautą SDK palieka prijungtą prie TEG, o kitą per kontrolerio elektroninį komutatorių prijungia prie apkrovos įtaise esančių energijos kaupiklio ir apkrovos, SDK iškrauna iki įtampos U&, kuri sudaro (0,7 - 0,85) nuo U_>K, nepilnai iškrautą vieną SDK per kontrolerį prijungia įkrovimui prie TEG, o kitą - įkrautą SDK - prie energijos kaupiklio ir apkrovos priklausomai nuo išmatuotų SDK įkrovimo ir iškrovimo įtampų didumo periodiškai, pakaitomis juos perjungia TEG ir energijos kaupiklio bei apkrovos elektrinėje grandinėje.

Nurodytas tikslas. pasiektas tuo, kad kontroleris, sudarytas iš elektroninio komutatoriaus, paskirstančio TEG energiją dviems superdidelės talpos kondensatoriams [SDK], mikroprocesoriaus valdančio elektroninį komutatorių, jutiklių, matuojančių SDK įkrovimo ir iškrovimo įtampas, apkrovos bloko, susidedančio iš dviejų SDK, sukaupiančių TEG energiją savo elektriniame lauke, energijos norminimo ir rekuperadjos modulio, sudaryto iš indukcinės ritės ir energijos, sukauptos jos magnetiniame lauke, rekuperavimo diodų.

Galimo išradimo struktūrinė schema pateikta Fig. 1, įkrovimo ir iškrovimo įtampų Doj ir Uc₂ procesus SDK iliustruoja Fig. 2 pateiktos laiko funkcijos Ucj= f(t) ir Uc^= f(t), apkrovos galios P_A kitimo laiko funkcijos P_A= f(t) grafikas pateiktas Fig. 3.

Galimo išradimo įrenginys termoeiektros energijai generuoti {Fig. 1) susideda iš termoeiektros generatoriaus TEG (1), kuris termoetokfros energiją tiekia apkrovos moduliui (2) per kontrolerio (3) elektroninį komutatorių (4), kurį valdo mikroprocesorius (5), o jo valdymo signalą formuoja kontrolerio (3) įtampos jutikliu blokas (6). Termoeiektros energija iš kontrolerio (3) elektroninio komutatoriaus (4) tiekiama apkrovos modulio (2) dviems superdidelės talpos kondensatoriams [SDK] (7)_f kurie pakaitomis įkraunami taip, kad, kai vienas SDK įkraunamas iš TEG (1), kitas, iškraunamas per apkrovos modulio (4) energijos rekuperacijos bloką (8), tiekia elektros energiją ilgalaikiam energijos kaupikliui (9) ir apkrovai (10).

Galimo išradimo būdas ir įrenginys veikia taip:

Proceso pradžioje TEG (1) per kontrolerio (3) elektroninį komutatorių (4) įkrauna apkrovos modulyje (2) esančius du identiškus superdidelės talpos kondensatorius SDK 7 (pvz., 0,5; 1,0 Parado talpos, kurios didumas priklauso nuo TEG galios) iki fiksuoto didumo įkrovimo įtampos Uįk, kuri yra mažesne už TEG tuščiosios veikos įtampą U_Q (pvz., UiK~ (0,6-0,64) U_o). Vieną įkrautą SDK (7) palieka prijungtą prie TEG (1), o kitą - kontrolerio (3) elektroninis komutatorius (4) prijungia per apkrovos modulyje (2) energijos rekuperacijos bloką (8) prie ilgalaikio energijos kaupiklio (9) (pvz., prie akumuliatoriaus arba regeneratyvinio elektrocheminio generatoriaus) ir apkrovos (10), SDK (7) iškraunamas iki įtampos Usš, kuri sudaro (0,7 - 0,85) nuo įkrovimo įtampos U_įK- Nepilnai iškrautą SDK (7) kontrolerio (3) elektroninis komutatorius (4) prijungia įkrovimui prie TEG (1), o kitą - įkrautą SDK (7) elektroninis komutatorius (4) prijungia prie ilgalaikio energijos kaupiklio (9) ir apkrovos (10) per energijos rekuperacijos bloką (8). Kontrolerio (3) elektroninis komutatorius (4), valdomas mikroprocesoriaus (5) ir įkrovimo - iškrovimo įtampų jutiklio bloko (6), periodiškai pakaitomis perjungia SDK (7) termoeiektros

P LT 5370 B generatoriaus TEG (1) ir ilgalaikio energijos kaupiklio (9) bei apkrovos (10) elektrinėje grandinėje.

SDK (7) įkrovimo ir iškrovimo procesų įtampų Uc^ ir Uc₂ kitimą iliustruoja Fig. 2 pateiktos laiko funkcijos Uoj= f(t) ir Uc2= f(t).

Apkrovos galios P_A kitimo laiko funkcijos Pa²⁵ f(t) grafikas pateiktas Fig. 3. Pagal šiame grafike pavaizduotos funkcijos vidutinės galios Py didumą palyginus su žinomuose sprendimuose gaunama vardine TEG galia P_N, galima įvertinti pateiktojo būdo ir įrenginio panaudojimo efektyvumą. Čia Py = (1,fxT,6)P_N. Taigi potencinės TEG galios išnaudojimo efektyvumas nuo 50%, kuris gaunamas geriausiu TEG žinomų panaudojimo sprendimų atveju, panaudojus galimąjį išradimą gali padidėti iki (75^80)%.

Galimasis išradimas, palyginus su prototipu, iš esmės ženkliai pagerina TEG potencinės galios išnaudojimą sumažina elektros energijos nuostolius TEG vidaus varžoje ir tokiu būdu karto padidina jo generuojamą galią nes:

— pakaitomis įkraunami SDK dėl tarpinio energijos sukaupimo proceso jo elektriniame lauke savybių, sukelia mažesnius galios nuostolius TEG vidaus varžoje.

— Pakaitomis iškraunamų SDK visa sukaupta elektriniame lauke energija perduodama ilgalaikiam energijos kaupikliui ir apkrovai, nes kondensatorių aktyvioji vidaus varža labai maža (praktiškai lygi nuliui).

— SDK energiją tiekia ilgalaikiam energijos kaupikliui ir apkrovai per energijos norminimo ir rekuperacijos bloką kur norminimo procese energija sukaupiama induktyvinės ritės magnetiniame lauke, vėliau grąžinama ilgalaikiam energijos kaupikliui ir apkrovai. Induktyvinė ritė SDK ir apkrovos grandinėje sunormina apkrovos galios laiko funkciją P_A= f(t), pateiktą Fig. 3.

— SDK įkrovimo įtampos nustatomos mažesnės už TEG tuščiosios veikos įtampą (U_iK < U_o), o jų iškrovimo įtampos Ujš parenkamos mažesnės už įkrovimo įtampas U_!K (U® « θ,θ⁵ ^«3 Tai sudaro galimybę suderinti SDK įkrovimo ir iškrovimo laikus ir užtikrinti vidutinės galios Pv tiekiamos į ilgalaikį kaupiklį ir apkrovą pastovumą [žiūr P_v= f(t) Fig. 3J.

— Visos įvardintos energijos konversijos operacijos, vykstančios galimo išradimo struktūroje iš esmės skiriasi nuo prototipo ir užtikrina unikalius veikimo efektyvumui padidinti rezultatus.

Claims

IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

1. Būdas termoelekiros energijai generuoti pagrįstas tuo, kad matuoja elektros įtampą ir energijos tiekimą apkrovai bei energijos kaupikliui reguliuoja kontroleriu, besiskiriantis tuo, kad per kontrolerio elektroninį komutatorių įkrauna du identiškus superdidelės talpos kondensatorius [SDK] iki fiksuoto dydžio įkrovimo įtampos Ujk, kurią parenka mažesnę už termoelekiros generatoriaus [TEG] tuščiosios veikos įtampą U_o (U_lK < Uo), be to, vieną įkrautą SDK palieka įjungtą prie TEG, o kitą per kontrolerio elektroninį komutatorių prijungia prie apkrovos įtaise esančių energijos kaupiklio ir apkrovos, SDK iškrauna iki įtampos Uįš, kuri sudaro (0,7^0,85) nuo U_3K, nepilnai iškrautą vieną SDK per kontrolerį prijungia įkrovimui prie TEG, o kitą — įkrautą SDK - prie energijos kaupiklio ir apkrovos, priklausomai nuo išmatuotų SDK įkrovimo ir iškrovimo įtampų didumo periodiškai, pakaitomis juos perjungia TEG energijos kaupiklio bei apkrovos elektrinėje grandinėje.
2. Įrenginys termoelekiros energijai generuoti, susidedantis iš termoelekiros energiją generuojančio TEG, reguliuojančio kontrolerio ir energijos kaupiklio bei apkrovos, besiskiriantis tuo, kad kontroleris sudarytas iš elektroninio komutatoriaus, paskirstančio TEG energiją dviems superdidelės talpos kondensatoriams ĮSDKJ, mikroprocesoriaus, valdančio elektroninį komutatorių, jutiklių, matuojančių SDK įkrovimo ir iškrovimo įtampas, apkrovos bloko, susidedančio iš dviejų SDK, trumpalaikiai sukaupiančių TEG energiją savo elektriniame lauke, energijos norminimo ir rekuperacijos modulio, sudaryto iš indukcinės ritės ir energijos, sukauptos jos magnetiniame lauke, rekuperavimo diodų.