[LT] Išradimas priklauso energetinės elektronikos puslaidininkių termoelektros generatorių sričiai ir gali būti pritaikytas šilumos ir termoelektros jėgainėse, naudojančiose vietinį pigų kurą. Jis žymiai padidina puslaidininkinių termoelektros generatorių (TEG) potencinės galios išnaudojimą. Būdas termoelektros energijai generuoti pagrįstas tuo, kad per kontrolerio elektroninį komutatorių įkrauna apkrovos įtaise esančius du identiškus superdidelės talpos kondensatorius (SDK) iki fiksuoto dydžio įkrovimo įtampos UIK, kuri yra mažesnė už TEG tuščios veikos įtampą U0. Įkrautą SDK palieka prijungtą prie TEG, o kitą per kontrolerio elektroninį komutatorių prijungia prie apkrovos įtaise esančių energijos norminimo ir rekuperacijos bloko bei energijos kaupiklio ir apkrovos. SDK iškraunamas iki įtampos UIŠ, kuri sudaro (0,7÷0,85) nuo UIK,. Nevisiškai 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 ir tuo užtikrina žymiai geresnį TEG potencinės galios išnaudojimą. Įrenginys termoelektros energijai generuoti, susidedantis iš elektros energiją generuojančio TEG, energiją reguliuojančio kontrolerio, sudaryto 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, trumpalaikiai sukaupiančių energiją savo elektriniame lauke, energijos norminimo ir rekuperacijos modulio, sudaryto iš indukcinės ritės ir energijos, sukauptos jos magnetiniame lauke,rekuperavimo diodų.
[EN] The invention relates to the field of semiconductor thermoelectric generators and may be used in heat and thermoelectric power plants, which use local cheap fuel. The invention increases exploitation of potential power of the semiconductor thermoelectric generators (STG). A device for generating thermoelectric energy comprises: a generator for generating electric energy (STG), an energy controller comprising an electronic commutator which distributes the STG energy for two condensers with supercargo capacity, a microprocessor controlling the electronic commutator, sensors measuring the charging and discharging voltages of the condensers, a loading block comprising two condensers, a module for standardizating and recuperating energy comprising an induction-coil and recuperating diodes. A method for generating thermoelectric energy is characterized by that two identical condensers are charged until fixed value of the charging voltage through an electronic commutator, therewith the fixed value of the charging voltage is smaller than no-load voltage of STG. The charged condenser is left connected to the STG and another condenser is connected to the module for standardizating and recuperating energy. Then the condensers are discharged. One not fully discharged condenser through the controller is connected to the STG and another one - the charged condenser - is connected to the energy collector and the load, depending on the measured voltages they are switched in a circuit of the STG and the energy collector and the load.
[0001] Išradimas priklauso energetinės elektronikos puslaidininkinių termoelektros generatorių sričiai ir gali būti pritaikytas šilumos ir termoelektros jėgainėse, naudojančiose vietinį pigų kurą.
[0002] Žinomas termoelektros energijai generuoti būdas ir aparatas termoelektros generatorių ir apkrovos įtampai matuoti ir optimaliai reguliuoti. Aparatas sudarytas iš termoelektros generatoriuje [TEG] esančių puslaidininkinių modulių, kurių tarpusavio sujungimų būdą - nuoseklųjį, Iygiagretųjį 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).
[0003] 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.
[0004] 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).
[0005] 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.
[0006] Tačiau, nežiūrint šio svarbaus trūkumo, dėl esminių požymių panašumo šis būdas ir įtaisas priimtas galimojo išradimo prototipu.
[0007] Išradimo tikslas - .padidinti TEG efektyvumą, geriau išnaudojant potencinę galią. Nurodytas tikslas pasiektas tuo, kad per kontrolerio elektroninį komutatorių įkrauna du identiškus super didelės talpos kondensatorius [SDK] iki fiksuoto dydžio įkrovimo įtampos UIK, kurią parenka mažesnę už termoelektros generatoriaus [TEG] tuščiosios veikos įtampą Uo (UIK < Uo), 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 UIS, kuri sudaro (0,7 - 0,85) nuo UIK, 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.
[0008] Nurodytas tikslas pasiektas tuo, kad kontroleris, sudarytas iš elektroninio komutatoriaus, paskirstančio TEG energiją dviems super didelės 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 rekuperacijos modulio, sudaryto iš indukcinės ritės ir energijos, sukauptos jos magnetiniame lauke, rekuperavimo diodų.
[0009] Galimo išradimo struktūrinė schema pateikta Fig. 1, įkrovimo ir iškrovimo įtampų Uc1 ir Uc2 procesus SDK iliustruoja Fig. 2 pateiktos laiko funkcijos Uc1= f(t) ir Uc2 f(t), apkrovos galios PA kitimo laiko funkcijos PA= f(t) grafikas pateiktas Fig. 3.
[0010] Galimo išradimo įrenginys termoelektros energijai generuoti (Fig. 1) susideda iš termoelektros generatoriaus TEG (1), kuris termoelektros energiją tiekia apkrovos moduliui (2) per kontrolerio (3) elektroninį komutatorių (4), kurį valdo mikroprocesorius (5), o jo valdymo signalą formuoja kontrolerio (3) įtampos jutiklių blokas (6). Termoelektros energija iš kontrolerio (3) elektroninio komutatoriaus (4) tiekiama apkrovos modulio (2) dviems super didelės talpos kondensatoriams [SDK] (7), 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).
[0011] Galimo išradimo būdas ir įrenginys veikia taip:
[0012] Proceso pradžioje TEG (1) per kontrolerio (3) elektroninį komutatorių (4) įkrauna apkrovos modulyje (2) esančius du identiškus super didelės talpos kondensatorius SDK 7 (pvz. 0,5; 1,0 Farado talpos, kurios didumas priklauso nuo TEG galios) iki fiksuoto didumo įkrovimo įtampos UIK, kuri yra mažesnė už TEG tuščiosios veikos įtampą UIK ≈ (0,6-0,64) Uo). 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 UIS, kuri sudaro (0,7 - 0,85) nuo įkrovimo įtampos UIK. 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) termoelektros generatoriaus TEG (1) ir ilgalaikio energijos kaupiklio (9) bei apkrovos (10) elektrinėje grandinėje.
[0013] SDK (7) įkrovimo ir iškrovimo procesų įtampų Uc1 ir Uc2 kitimą iliustruoja Fig. 2 pateiktos laiko funkcijos Uc1= f(t) ir Uc2 f(t).
[0014] Apkrovos galios PA kilimo laiko funkcijos PA= f(t) grafikas pateiktas Fig. 3. Pagal šiame grafike pavaizduotas funkcijos vidutinės galios PV didumą, palyginus su žinomuose sprendimuose gaunama vardine TEG galia PN, galima įvertinti pateiktojo būdo ir įrenginio panaudojimo efektyvumą. Čia PV = (1,5÷1,6)PN. Taigi potencinės TEG galios išnaudojimo efektyvumas nuo 50%, kuris gaunamas geriausiu TEG žinomų panaudojimo sprendimų atveju, panaudojus galimąjį išradimą gali padidėti iki (75÷80)%.
[0015] Galimasis išradimas, palyginus su prototipu, iš esmės ženkliai pagerina TEG potencinės galios išnaudojimą sumažina elektros energijos nuostolius TEG vidaus varžoje ir tokiu būdu 1,5÷1,6 karto padidina jo generuojamą galią, nes:
[0016] - Pakaitomis įkraunami SDK dėl tarpinio energijos sukaupimo proceso jo elektriniame lauke savybių, sukelia mažesnius galios nuostolius TEG vidaus varžoje.
[0017] - Pakaitomis iškraunamų SDK visa sukaupta elektriniame lauke energija perduodama ilgalaikiam energijos kaupikliui ir apkrovai, nes kondensatorių aktyvioji vidaus varža labai maža (praktiškai lygi nuliui).
[0018] - SDK energiją tiekia ilgalaikiam energijos kaupikliui ir apkrovai per energijos norminimo ir rekuperaciįos 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 PA = f(t), pateiktą Fig. 3.
[0019] - SDK įkrovimo įtampos nustatomos mažesnės už TEG tuščiosios veikos įtampą (U1K < Uo), o jų iškrovimo įtampos UIŠ parenkamos mažesnės už įkrovimo įtampas UIK (UIŠ ≈ 0,85 UIK). Tai sudaro galimybę suderinti SDK įkrovimo ir iškrovimo laikus ir užtikrinti vidutinės galios PV tiekiamos į ilgalaikį kaupiklį ir apkrovą pastovumą [žiūr. PV= f(t) Fig. 3].
[0020] - Visos įvardintos energijos konversijos operacijos, vykstančios galimo išradimo struktūroje iš esmės skiriasi nuo prototipo ir užtikrina unikalius veikimo efektyvumui padidinti rezultatus.
1. Būdas termoelektros energijai generuoti pagrįstas tuo, kad matuoja elektros įtampą ir energijos tiekimą apkrovai bei energijos kaupikliui reguliuoja kontroleriu, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad per kontrolerio elektroninį komutatorių įkrauna du identiškus super didelės talpos kondensatorius [SDK] iki fiksuoto dydžio įkrovimo įtampos UIK, kurią parenka mažesnę už termoelektros generatoriaus [TEG] tuščiosios veikos įtampą Uo (UIK < 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 UIŠ, kuri sudaro (0,7÷ 0,85) nuo UIK, 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 termoelektros energijai generuoti, susidedantis iš termoelektros energiją generuojančio TEG, reguliuojančio kontrolerio ir energijos kaupiklio bei apkrovos, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad kontroleris sudarytas iš elektroninio komutatoriaus, paskirstančio TEG energiją dviems superdidelės talpos kondensatoriams [SDK], mikroprocesoriaus, valdančio elektroninį komutatorių, jutiklių, matuojančių SOK 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.