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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 1 Applications de la thermoélectricité Génération Refroidissement et climatisation Université de Pau et des Pays de l'Adour France Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur Appliquées à la Mécanique et au Génie Electrique (SIAME SIAME EA4581), Fédération IPRA FR2952 CHAMPIER Daniel

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 1

Applications de la thermoélectricité

Génération

Refroidissement et climatisation

Université de Pau et des Pays de l'Adour France

Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur Appliquées à la Mécanique

et au Génie Electrique (SIAME SIAME EA4581),

Fédération IPRA FR2952

CHAMPIER Daniel

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 2

Thermoelectric (TE) Generators TEG

Générateurs thermoélectriques

Source

chaude source

froide

TE modules

Energie électrique

(<10%)

échangeur échangeur

Convertisseur

électronique

Batterie de

stockage

Convertissent directement une partie de la chaleur qui les traversent en électricité

Efficacité d’un module

.TEWe T 1 zT 1

TcQh Th 1 zTTh

Th Tc Tsh Tsc

. . .TETEG E

H C TE

RWef Ts 1 zT 1TcQh R R R Th 1 zTTh

Efficacité du générateur

.

. . .Max 2 2elec

NSW T

8L

Dependence upon the temperature

difference across the thermoelements

Construction :

number of thermoelements

cross-sectional area

length of each element.

‘‘power factor’’ :

type of TE material

Puissance max d’un module

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 3

Classement des générateurs

• récupération des énergies thermiques perdues : utilisation de

sources chaudes à optimiser

• production en milieu extrême : les sources dédiées au TEG

• production d’électricité décentralisée : sources d’énergies

renouvelables

• microproduction : toutes les sources de chaleurs sont

acceptables

• solaire thermoélectrique : source d’énergie le soleil.

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 4

Récupération d’énergies perdues

1 quad=2.93 1011kWh=1.055x1018J

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 5

Secteur automobile

Thermoelectric technology

for automotive Waste Heat Recovery

Prototypes :

- FIAT

- FORD

- GM

- BMW

- Amerigon

- Renoter (Renault truck Volvo …)

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 6

Thermoelectric technology for automotive Waste

Heat Recovery

Opportunity for Waste

Heat Recovery with

Thermoelectrics

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 7

Thermoelectric technology for automotive Waste

Heat Recovery

Sankey diagram for diesel vehicle

light duty trucks

3% efficiency

mean 0.9kW

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 8

Contexte économique Union Européenne

Objectif pour les véhicules transportant des passagers

130g/km en 2012

Réduction très importante à 95g/km pour 2020

Objectif pour les petits véhicules utilitaires

175g/km en 2014

135g/km en 2020.

Les constructeurs automobiles doivent payer des amendes s’ils excédent les

limites imposées par l’UE :

20€ par gramme supplémentaire et par véhicule à partir de 2012

95€ par gramme supplémentaire et par véhicule à partir de 2020

Emissions de CO2 fixées par l’UE

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 9

Comparaison alternateur et TEG

400-500Welec correspond à une réduction de 6-7g/km CO2

(Fiat Research Center)

Moteur de taille moyenne au gasoil, condition d’autoroute

Puissance thermique dans les gaz d’échappement, 10kW à 600°C,

4-5% efficacité de conversion du TEG, possible avec ZT=1-1.2

suffisant pour garantir 400-500 Wélectrique.

Efficacité de conversion du fuel : énergie chimique énergie mécanique 25-27%

Efficacité de l’alternateur: énergie mécanique énergie électrique 60%

Efficacité de conversion globale : énergie chimique énergie électrique 15-16%

Electricité produite par l’alternateur

Electricité produite par un TEG

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 10

Installation d’un TEG sur un véhicule

- ne pas modifier le point de fonctionnement du moteur

l’échangeur ne doit pas trop perturber l’échappement des gaz : pertes de charges très

limitées (quelques dizaines de millibars).

- ΔT important mais températures limites des matériaux TE

contrôle commande: capteurs, actionneurs pour détourner

partie totalité des gaz chauds –bypass-

- Energie électrique conditionnée (convertisseur DC/DC)

- Recyclage des matériaux.

- fiabilité à long terme (vieillissement)

- coût économique compétitif.

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Remplacement de l’alternateur par un TEG

- Le générateur doit pouvoir produire environ 3kW d’énergie

électrique soit environ 220A sous 14V

- Conditions difficiles : véhicule au ralenti et cycles urbains (très

nombreux arrêts et démarrages)

- Des conditions ambiantes -30°C à +50°C

- Pics de courants

- Réduire la consommation, le poids et le coût par rapport au couple

classique alternateur/batterie.

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Ford

Half-Heusler + Bi2Te3segmented TE elements

Anticipated power: ~500 Watts (peak)

TEG on a Ford Fusion with 3.0L V-6 Engine

the exhaust

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Ford Packaging for Prototype TEG

TEG

FlexCoupling

Underfloor Catalyst

To Exhaust

To Exhaust

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FORD

C. Maranville “ Thermoelectric opportunities for light-duty vehicles.” Ford Motor Company 2012

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FORD : TEG performances for a 100km/h cruise

C. Maranville “ Thermoelectric opportunities for light-duty vehicles.” Ford Motor Company 2012

A bypass is necessary to protect the TEG

Anticipated power: ~500 Watts (peak) !!!

Température des gaz

Welec

105km/h

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General Motor

2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf

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GM project may 2011

This module could capture waste heat in car's exhaust and convert it to energy, improving fuel economy in a

Chevy Suburban by 3%.

Computer models show the device could generate 350 to 600 watts for city and highway driving, respectively.

General Motors Thermoelectric Generator

Vehicle Selection : Chevy Suburban

2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf

Finalize design of prototype TEG

only Bi2Te3 modules by-pass valve set point temperature

for the heat exchanger is about 250°C.

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GM : Instrumented TEG and Results

Temperature of the heat exchanger is

250°C for a temperature of exhaust gas

around 400°C

2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf

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GM : Instrumented TEG and Results

Temperature variation along the Teg // to the exhaust

gas flow is significant

Front 250° Middle 178° Rear 148°

Temperature variation transverse to the exhaust gas

flow is low < 3°C

2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf

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2011Meisner advanced thermoelectric material and generator technology for automotive waste heat at GM.pdf

GM : Instrumented TEG and Results

Open circuit voltage are consistent with a 50°C smaller ΔT than

measured between the heat exchanger and the coolant

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G. P. Meisner, “Skutterudite thermoelectric generator for automotive waste heat recovery,” in 3rd Thermoelectrics Applications Workshop 2012

GM : future work

Expected Output power 425 Watts !

Improved skutterudite TE materials

Refine TEG design :thermal and electrical interface, bonding …

Electrical power conditioning (avoid impedance mismatch)

First experiment 19W with few modules and small ΔT

extrapolated to 235 Watts in optimum conditions

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BMW

2012 Boris Mazar State of the Art Prototype Vehicle with a Thermoelectric Generator

Bi2Te3

Bi2Te3

PbTe

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 23

BMW

BMW 535i (US)

Bi2Te3TEG (2007)

High-temperature TEG Pmax=300W (2009)

2011 Dr. Andreas Eder Efficient and Dynamic –The BMW Group Roadmap for the Application of Thermoelectric Generators

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Emplacements possibles pour les TEG

L’EGR consiste à réinjecter une

partie des gaz d'échappement dans

le collecteur d'admission. Ce

dispositif permet de diminuer la

production d’oxyde d’azote.

Les gaz doivent être refroidis.

système de recirculation des gaz d'échappement,

(EGR pour Exhaust gas recirculation) :

Avantages

échangeur existant

vanne de régulation existante

Liquide de refroidissement présent

Intégration facile

Inconvénient

Puissance plus faible (5 à 35%)

Echappement :

Avantages

Puissance importante

Inconvénients

Nécessite des échangeurs

Nécessite d’apporter le liquide pour refroidir

Nécessite un bypass

Intégration

A. Eder, BMW group, thermoelectrics applications 2011

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BMW

L’unité EGR-TEG est constituée d’un TEG

et d’un refroidisseur conventionnel.

conventional

cooler section.

TEG section

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AMERIGON (BMW et Ford)

Cylindrical TEG

TEGs were installed in a BMW X6 and a Ford Lincoln MKT with at least

450W of power output achieved in road tests for both vehicles.

D. Crane, “Thermoelectric generator performance for passenger vehicles” 2012

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 27

Renault Trucks, Volvo … Projet RENOTER

“Récupération d'ENergie à l'échappement d'un mOteur par ThERmoélectricité”

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 28

Renault Trucks, Volvo

Choice of Silicide's

- N-type : Mg2Si

- P-type : MnSi1.77

Advantages disadvantages

Non-toxic materials Moderate ZT

Light density (2-4) Mg2Si type P not

available

Abundant raw materials Current doping of Mg2Si

in project

Support high exhaust

temperature (> 600°C)

P and N have different

mechanical properties

Successful lab. production of the legs for

the project prototype

2012 Luc Aixala RENOTER project presentation

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 29

Renault Trucks Joint Company -Volvo Group

•Design original du TEG compatible avec différents TE matériaux

•Objectif 1kW (camion) and 300W (voiture) possible pour cette année (2011)

• Application de masse en vue mais cela va prendre du temps

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Aircraft Thermoelectric Applications

Aircraft engine waste heat harvesting has large potential payoffs

How can Thermoelectric Contribute?

Turboprop Turbine à gaz + hélice

Turboshaft Turbine à gaz + arbre de transmission

Turbofan Moteur à réaction

2009 James Huang,Boeing Research & Technology

Fuel Reduction

Preliminary analysis showed that 0.5% or more fuel reduction is achievable

Operating Cost Reduction

Average monthly fuel costs for U.S. commercial planes is $2.415B for the first 4 months of 2009 (Source: EIA)

A 0.5% fuel reduction translates into $12.075M monthly operating cost reduction

Advantages Disadvantages

•Provides electrical power from waste heat – no fuel

burn and no moving parts

• Operates over the entire aircraft flight envelope

• Operates independent of engines and does not

affect engine operations

•New technology and unproven

•Cost & efficiency; further development is needed

•Power output limited by available waste heat, space,

device efficiency.

Watt per kilo?

Acceptable 0.15 kW/kg

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 31

Applications maritimes

Supertanker, vraquier, porte container

Nombreuses sources de chaleurs perdues

Moteur principal

(fuels de très mauvaise qualité)

Moteurs auxiliaires

Incinérateur

( résidus de combustion du fuel machine

représentant environ 2% du fuel utilisé)

Main d’œuvre extrêmement chère.

Source froide entre 5°C et 28°C

quasiment infinie (eau de mer)

Pas de contrainte de place, ni de poids

Chaleur déjà utilisée pour

•réchauffer les huiles lourdes

•chauffer le bateau

•Production d’eau douce

Ne fonctionnent pas tout le temps

Fonctionne 12h à 20h / jour

Turbine à vapeur : cout

humain trop important Générateur

Thermoélectrique

Kristiansen : incinérateur 850kW, calcul : 38kW électrique cout 2,7US$/W.

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Applications maritimes

Potentiel important :

Moteurs puissants

Source froide disponible

Le poids n’est pas une contrainte

Maintenance couteuse

Utilisation des systèmes développés pour l’automobile ou

l’aviation sans les contraintes de poids.

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 33

Récupération d’énergies perdues : conclusions

Automobiles

Complément de l’alternateur : imminent

Remplacement de l’alternateur : challenge

Aviation

Beaucoup de recherches encore …

Bateaux

Prometteur

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 34

Production d’électricité en milieu extrême

applications critiques exigeantes :

une source d’énergie extrêmement fiable sur des périodes très longues.

conditions climatiques extrêmes:

très chaudes,

très froides,

très humides,

très sèches.

maintenance la plus faible possible

accès en hélicoptère

plusieurs heures de trajet

maintenance inexistante dans le cas des expéditions spatiales.

fonctionnement dans le vide

fortes vibrations.

peu sensible aux radiations.

Le coût du watt n’est pas primordial

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Applications spatiales

Première utilisation d’un générateur thermoélectrique (Pb -Te) : 1961

satellite de navigation Transit (1961) de la U.S. Navy.

SNAP-3 (Space Nuclear Auxiliary Power) générateur auxiliaire nucléaire spatial

Puissance électrique ~2,7 watts

a fonctionné pendant plus d’une quinzaine d’années

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Applications spatiales

générateurs thermoélectriques radio-isotopiques

RTG Radioisotope Thermoelectric Generator

Les générateurs radio-isotopique utilisent la chaleur résultant de la

désintégration radioactive naturelle du plutonium 238 dioxyde de plutonium 238PuO2.

http://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm

GPHS : General Purpose Heat Source module

238Pu fuel pellet

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Applications spatiales

T. Caillat et al 23rd rd Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion STAIF 2006Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 38

Applications spatiales

T. Caillat et al 23rd rd Symposium on Space Nuclear Power and Propulsion STAIF 2006 Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 39

Applications spatiales

http://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm

Un des trois RTG de Cassini avant montage

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 40

Applications spatiales

Radioisotope Thermoelectric Generator RTG

Electric Power at beginning

of mission per RTG

Number of RTG

Mission destination year design

lifetime lifetime

Space Nuclear Auxiliary Power SNAP-3 PbTe

2,7 Watts 1 Transit satellite de navigation 1961 15 years

SNAP-19B RTG PbTe-Tags 28.2 Watts 2 Nimbus III meteorological satellite 1969

SNAP-19 RTG PbTe-Tags

42.6 Watts 2 Viking 1 Mars landers 1975 90 days 6 years

2 Viking 2 Mars landers 1975 90 days 4 years

40.3 Watts 4 Pioneer 10 Jupiter, asteroid belt 1972 5 years 30 years

4 Pioneer 11 Jupiter Saturn 1973 5 years 22 years

SNAP-27 RTG PbSnTe

70 Watts Apollo 12, 14,

15, 16 , 17 Lunar Surface

1969-72

2 years 5-8 years

Multi-Hundred Watt (MHW) RTG SiGe

158 Watts 3 Voyager 1 & 2 edge of solar system 1977 still operating over 30 years

General Purpose Heat Source (GPHS) RTG

SiGe 292 Watts

2 Galileo Jupiter 1989 14 years

3 Cassini Saturn 1997 still operating after 14 years

1 Ulysses Jupiter 1990 21 years

1 New Horizons Pluto, Kuiper Belt 2006 still operating after 6 years

Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator

MMRTG PbTe-Tags 110 Watts 1 Curiosity Mars Surface Aug 2012 2011

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 41

Applications spatiales

Les générateurs thermoélectriques radio-isotopiques

• Compacts

• Sources d’énergie continue

• Utilisés dans l’espace lointain depuis plusieurs décennies

• Fiables

• Utilisent un combustible nucléaire relativement facile à

manipuler Curium-244 et Plutonium-238

• Matériaux utilisés : PbSnTe , PbTe-TAGS , SiGe

Conclusion

Recherches actuelles :

• Amélioration des performances des matériaux éprouvés :

diminution de la conductivité du réseau

• Zintl, skutterudites, couples segmentés.

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 42

Remote Power Solutions

Production en lieu isolé

REJECTED

HEAT

500 Watts 24 Volts

Natural Gas 48m3/day

Propane 76L/day or 38kg/day

COOLING

FINS

EXHAUST

OUT

LOAD

FUEL IN

T

E

G

F

L

A

M

E

Oil or gas pipelines

Well sites

Offshore platforms

Telecommunications sites

Communications systems

….

Critical application requiring highly reliable power

Low maintenance required

Long life

Extreme climatic conditions (hot, cold, wet, dry)

Remote locations

Propane 38kg/day

Heating Value 50MJ/kg Energy per day= 1900MJ=527kW.h

500 W electric Energy per day= 12 kW.h Efficiency : 2.2 %

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Daniel CHAMPIER applications de la thermoélectricité GDR Thermoélectricité 2012 43

Remote Power Solutions

500 Watts 24 Volts

Natural Gas 48m3/day

Propane 76L/day or 38kg/day

Pipeline: 550 watts

communications system

Andes Mountains, Chile

Off shore: 200 watts

communications and safety

equipement, multiple systems

- Thailand

Critical application requiring highly reliable power

Low maintenance required

Long life

Extreme climatic conditions (hot, cold, wet, dry)

Remote location Telecommunications:50 watts

helicopter access only,

emergency communications system

- Rocky Mountains, Canada

Pipeline:

5000 watts for SCADA

communications and cathodic

protection of gas pipeline - India

Niche market for TEG

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Remote Power Solutions

electrical output of a Model 5060 TEG

Maximum Power for an

electrical load between

0.4 and 0.9 ohm

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Pays en développement Biomasse principale source d’énergie

(cuisson, chauffage, eau chaude)

Pays développés Le raccord au réseau n’est pas toujours économiquement

intéressant

Biomass stoves

Combined Heat and Power (CHP)

Production d’électricité décentralisée

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• La biomasse est utilisé pour les besoins de bases : cuisson,

• Besoin d’électricité pour s’éclairer, téléphone portable,

• La biomasse est brulée dans des foyers ouverts – Efficacité très faible : déforestation, réchauffement climatique

– Très fortes émissions de polluants problème sanitaire grave

• L’ajout d’un ventilateur augmente le rapport air/combustible : combustion presque – Grande efficacité

– Moins de polluants

– Extraction par un conduit horizontal (pas besoin de percer les toits, ni longs tuyaux)

• Raccord au réseau électrique Coût de construction de 300$ à plus de 4000$

Coût de la distribution de 0.07$ à 5,1$ par kW.h

• Les générateurs thermoélectriques sont une solution très intéressante pour fournir un peu d’électricité.

1,4 milliard

d’hommes

sans électricité

dans le monde

Cuisinières, Poêles à bois

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Review of thermoelectric generators

for cooking stoves

Author Heat sink (cold side) Type of module * Power per

module

Nuwayhid 2003 Natural air cooling Peltier 1W

Nuwayhid 2005 Natural air cooling Seebeck 4.2W

Nuwayhid 2005 Heat pipes cooling Seebeck 3.4W

Lertsatitthanakorn 2007 Natural air cooling Seebeck 2.4 W

Mastbergen 2007 Forced air cooling (1W) Seebeck + 4W regulated

“BioLite” 2009 Forced air cooling (1W) Seebeck + 2 W

Champier “TEGBioS “ 2009 Water cooling Seebeck 5W

Champier “TEGBioS II“ 2010

Water cooling

Seebeck

9.5W

7.5 W regulated

Rinalde 2010 Forced water cooling (?W) Seebeck 10 W

Bismuth Tellurid (Bi2Te3)

* Peltier :

The temperature difference is limited due to the maximum temperature supported by the solder

The geometry is optimized for cooling and not for power generation.

* Seebeck

The hot side work at a temperature as high as 260°C continuously.

The geometry is optimized for power generation

Heat source : hot gas

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“Planète Bois” cuisinière multifonction

10 kW consommation de bois

2.4 kW utilisé pour chauffer l’eau 4.5 kW chauffage de la pièce

0.9 kW cuisson

Idée : installer un TEG en cogénération pour le chauffage de l’eau

et pour produire de l’électricité

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“Planète Bois” Cook stoves

hot incoming combustion gas

pyrolyzing chamber

water tank 18 liters

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Avantages du TEG

Ne nécessite pas d’énergie supplémentaire

• utilise le flux entre les gaz de combustion et le ballon d’eau chaude

• une faible partie est convertie en électricité

Inclus dans la cuisinière

• pas de câble électrique vers l’extérieur ( panneaux solaires)

• pas de manipulation de batteries

Maintenance très faible:

• pas de pièces en mouvement,

• tout est dans la maison,

• nettoyage des échangeurs (2 fois par an).

Le générateur produit dès qu’on met en route le poêle, chaque jour quelque

soit le temps (nuageux, mousson..) panneaux solaires.

La batterie n’a pas besoin d’être surdimensionnée : chaque cuisson (2 fois par

jour) recharge. panneaux solaires.

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TE générateurs au SIAME.

Cycle Cycle de

laboratoire

Une cuisson Journée type 1

2 cuissons

Journée type 2

2 cuissons (1 longue)

Energie produite 6,7 Wh

24 kJ

14,1 Wh 28,3 Wh 43,1 Wh

Exemple

d’utilisation

Ventilateur

1 charge de tél.

portable

2 h de lumière

Ventilateur,

2 charges de tél.

portable

4h de lumière

Ventilateur,

2 charges de tél.

portable

7 h 20min de lumière

* Batterie téléphone 3.7V, 1050mAh et lumière LED 4W

Nombre de système >5 >100 >1 000

Prix (€) 205€ 122€ 72€ Etude économique

Les TE générateurs sont une solution économiquement viable pour ces populations isolées et à faibles revenus.

Laboratory prototype

Essai avec un brûleur gaz.

Stockage dans un batterie 6V avec MPPT DC/DC

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thermoelectric generators for cooking stoves

Biolite

USB

2W 5V

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Biolite

HomeStove and CampStove

Ghana

Lake Brassua (Maine)

129$

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Combined Heat and Power (CHP) with TEG

Automatic Pellet Furnaces, especially Small Scale Combustion Units

Market

East of Europe and North-America

because of unreliable Electric Power Grids

Stove with TEG 400

Max: 8 kWth, 100 Wel

Air cooling

Boiler with TEG 400

Max: 12 kWth, 300 Wel

Water cooling

Outlook BIOENERGY 2020+

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Combined Heat and Power (CHP) with TEG

Module 8cmx8cm

TEG

Biomass CHP

(pellets)

BIOENERGY 2020+

Location Wieselburg 100km from Vienna !

Decentralized production for decentralized utilization

Production of electricity during periods of high heat demand

and low offer of other renewable energies:

• During winter

• Whilst twilight or night

• During times without sun and wind

Fuel heat output: 10 kW

Nominal electric power: 200 - 400 W

• 8 plates, each with 2 modules

• Positioned around flame

• Heated from inside, cooled from outside

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Autonomous Gas Heaters

2011 M. Codecasa Design and development of a teg cogenerator device integrated in self standing gas heaters

Heater 8kW

Thot 305°C

Tcold 125°C

Power 7.8W

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Energy Harvesting for Low Power Electronics

http://www.micropelt.com

Modern wireless sensor modules require only ~100 W -10mW

Micropelt thermogenerator offers a high density of up to 100

thermoelectric leg pairs per mm2

4.2mmx3.3mmx1mm

200 C max.

Electrical:

•Thermo-Voltage: uTEG = 0.14 V/K

•Electrical Resistance: RTEG ~ 350

•Thermal Resistance: Rth = 12,5 K/W

Take a small portion of a lost flow of ‘primary’ energy, and convert it into a small flow of USEFUL

electrical energy.

Every technical process produces waste heat

5mW is enough for most microsensor

Micropelt MPG-D751

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Energy Harvesting for Low Power Electronics

http://www.micropelt.com

Emerson WiHART

Differential Pressure Transmitter

ABB Technology Demonstrator

•Self-powered WirelessHART temperature

transmitter

•Fully integrated thermogenerators

•Powered by Micropelt TEG & boost technology

Applications :

Wireless sensors

Data loggers

Direct valve control

Wireless pneumatic control

Use heat from 15 mm pipe

Output power 3.5mw

at 60°C and ambiant 25°C

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Energy Harvesting for Low Power Electronics

www.nextreme.com

thermobility™ wpg-1

wireless power generator

D. Samson, “Aircraft-specific thermoelectric generator module, 2010

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Le solaire thermoélectrique

Solar Thermoelectricity

Chaleur à travers une jambe thermoélectrique :

5 21001 10 W/m

0.001

Tq k

L

-1 -11 W.m Kk

100T K

0.001L m

Rayonnement solaire: ~ 1 000 W/m2

Il faut concentrer environ 100 fois

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Solar Thermoelectrics

1000°C

SiGe

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Réfrigération et climatisation

thermoélectrique

TEC thermoelectric cooler

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Réfrigération et climatisation thermoélectrique

http://www.ferrotec.com

Générateur électrique continu appliqué à un module TE : flux de

chaleur

Une face est refroidie, l’autre est réchauffée.

Phénomène réversible si on change le signe de la source.

Conséquence : utilisation en refroidissement, chauffage et

régulation de température

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• absence de pièces mobiles: peu de maintenance.

• grande fiabilité

• petite taille compresseur

• Ils peuvent remplacer les dissipateurs thermiques lorsqu’il est

nécessaire de refroidir en dessous de l’ambiant.

• Aptitude à chauffer et à refroidir

• Régulation très précise de la température de température précise (+/-

0,1°C) : simple à piloter à l’aide d’un régulateur (comportement linéaire)

• Absence de parasite électrique par opposition au compresseur

• Absence de bruit

• Fonctionnement dans toutes les orientations.

• Alimentation électrique simple : une simple source électrique continue

convient.

• Refroidissement ponctuel : un module Peltier peut refroidir juste une

zone ou un composant spécifique. Inutile de refroidir l’ensemble de la

pièce ou d’utiliser une enceinte.

Réfrigération et climatisation thermoélectrique

avantages

inconvénients

• chute du COP lorsque la différence de température augmente

• dépendance élevée à la température ambiante

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Thermoelectric optoelectronics applications

http://www.tec-microsystems.com

Application of TE solutions :

optoelectronic devices such as diode lasers,

superluminescent diodes (SLD), various photodetectors,

diode pumped solid state lasers (DPSS), charge-coupled

devices (CCDs).

TEC sub-assemblies provide a temperature-controllable,

uniform-temperature, high-emissivity surface used in

calibrating infrared (IR) detector arrays and FLIR systems.

(Infrared Cameras & Thermal Imagers )

Infrared Cameras

Miniature Thermoelectric Coolers for Telecom Applications

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Réfrigération petite puissance (<500W)

TE Technology AC-027

Air Coolers 1) Select ambiant

2) Select system temperature

3) Read the heat the system can removed

desired system temperature : -10°C

Heat removed : 5 W

12V 4,6 A Fans 0.8A Pe=65W

If more heat to be removed, the desired temperature

could not be reach

desired system temperature : 25°C

Heat removed : 24 W

12V 4,6 A Fans 0.8A Pe=65W

COP = 0.08

COP = 0.37

Exemple : ambiant 25°C

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Exemples de réfrigérateur

Mis à part un petit ventilateur, cette glacière thermoélectrique

n'a pas de pièces mobiles susceptibles de s'user ou tomber

en panne. Insensible à l'inclinaison, aux chocs ou aux

vibrations (causes de pannes des réfrigérateurs classiques).

Le TEG, gros comme une boîte d'allumettes, offre la

puissance de refroidissement d'un bloc de 5kg de glace.

Un simple interrupteur transforme le réfrigérateur en

réchauffeur pour casserole, hamburger ou biberon koolatron

Koolatron 12 Volt Coolers and Warmers

heat or cool your lunch and beverages.

koolatron

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Climatisation des véhicules

Groupe Ford : Thermoelectric HVAC

(Heating, Ventilation and Air-Conditioning)

Climatiser localement le chauffeur et les

passagers