Mair, C. (2014). Integration von Thermogeneratoren in einen Scheitholzofen zur Eigenstromversorgung der automatischen Luftklappenregelung [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2014.21323
Die Ausstattung von Scheitholzöfen mit einer automatischen Regelung der Luftzufuhr dient nicht nur dem Benutzerkomfort, sie trägt vor allem auch zur Effizienzsteigerung und zur Reduktion von Emissionen bei. Ein solches Regelungssystem bedarf elektrischer Energie, welche mittels Thermogeneratoren autonom erzeugt werden soll. Für diese Arbeit wurden dazu in einem Scheitholzofen mit automatischer Luftklappenregelung Thermogeneratoren von zwei verschiedenen Herstellern eingebaut und in ihrer Leistungsfähigkeit getestet. Beide Typen von thermoelektrischen Modulen (Typ A und Typ B) basieren auf der Materialkombination Bismuttellurid (Bi2Te3), aber unterscheiden sich wesentlich in ihren Herstellungsverfahren und somit auch in ihren thermoelektrischen Eigenschaften. Die Module vom Typ A werden in einem Dünnschichtverfahren hergestellt. Sie haben eine hohe Dichte an Thermopaaren, 100 Thermopaare pro mm2, weisen aber demnach auch einen hohen Innenwiderstand auf. Weiters ist ihre Anwendung auf einen niedrigen Temperaturbereich bis 120°C limitiert. Die Leistungsfähigkeit dieser Bauteile bleibt demnach in dem Bereich von Milliwatt und der Einsatz dieser Thermogeneratoren würde eine Optimierung der Regelung hinsichtlich Energiebedarf erfordern. Es wurden unterschiedliche Kopplungsmethoden getestet, um ein Maximum an elektrischer Leistung zu erzielen. Im Gegensatz zu den Typ A Thermogeneratoren sind jene vom Typ B für diese Anwendung in einer Holzfeuerung ausgelegt und somit für höhere Temperaturen (bis 380°C) einsetzbar. Bei den Thermogeneratoren vom Typ B sind handelsübliche thermoelektrische Module eingebaut, welche aus massiven Halbleiterwürfeln aufgebaut sind, und unter passenden Einbaubedingungen elektrische Leistungen im Bereich der aktuellen Systemanforderung liefern können.
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Applying an automatic air control system to a logwood stove increases user comfort, efficiency and reduces emissions. This, however, demands electrical energy. Hence thermoelectric generators (TEGs) are proposed because they convert heat directly into electrical power. This work deals with two different types of TEGs (Typ A and Typ B). These devices are characterised and tested independently in two setups. Both TEGs are based on a combination of the thermoelectric materials bismuth telluride (Bi2Te3) but differ in their production technology. Thus they have different settings and need different installation conditions. The TEGs of Type A are commercially available devices produced by thin-film technology. They have a high density of thermocouples (100 thermocouples per mm2) but are limited to a very low temperature level (<120°C). Various coupling methods are tested to operate the TEGs as close as possible to their highest achievable power output. The power output however is limited to the range of milliwatt anyway. Therefore the whole control system has to be optimised in order to see if electrical autonomy is possible. TEGs of Type B are prototypes constructed for this purpose. They are build on commercial thermoelectric power modules which are compatible for higher temperature levels (up to 380°C). Their optimal power output is within the range of the current energy demand of the air control system of series products connected to the electrical grid.
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