UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PAVIA

PROGETTO BIO TERMOGENERATORE A CALORE CORPOREO:

STUDIO DI FATTIBILITA'

di Cristian Valgoi

Relatore: prof.ssa Carla Vacchi

Correlatore: ing. Stefano Lodo

Studiare e realizzare generatori portatili che utilizzino fonti energetiche alternative recuperabili dal corpo umano :

Movimento Calore

OBBIETTIVO PRINCIPALE

Moduli termoelettrici

Fine ultimo:• Recuperare energia altrimenti sprecata• Alimentare dispositivi a basso consumo• Caricare batterie

Già realizzato:• Sensore biometrico wireless• “Smart clothes”

Effetto Seebeck

Microscopicamente

Effetto Seebeck

Macroscopicamente:Termocoppia

Celle di Peltier

Termogeneratore

Realizzare un generatore basato su celle di Peltier.

Le celle di Peltier utilizzate sono state recuperate da progetti dismessi e non sono, in realtà, adatte allo scopo.

Cella β

Resistenza interna:

~ 0,1 Ω

Tensione a circuito aperto:

~ 180 mV

Potenza massima:

~ 6,2 mW

Cella α

Resistenza interna:

~ 6 Ω

Tensione a circuito aperto:

~ 200 mV

Potenza massima:

~ 2,5 mW

Cella ρ

Resistenza interna:

~ 1 Ω

Tensione a circuito aperto:

~ 160 mV

Potenza massima:

~ 1 mW

Tris di Peltier

Prestazioni reali contro prestazioni attese

Elevare la tensione

Per elevare la tensione è possibile: Più celle di Peltier in serie Costruire un circuito elettronico che se ne occupi

Boost

Circuito per l'elevamento in tensione: Boost

FASE ONFASE OFF

Modello matematico per Boost

FASE ON: FASE OFF:

Modello matematico per Boost

Per uno stato stazionario si ottiene:

Dove:

Modello matematico per boost

Duty cycle Resistenza di carico

Tensione residua di saturazione

del transistor bipolareFASE ON FASE OFF

Flyback

Si utilizza un trasformatore per elevare ulteriormente la tensione.

INV20K

Primo prototipo Potenza generata:

168 μW

Potenza dissipata dall’oscillatore:

68 μW

Potenza generata netta:

100 μW

Altri prototipi

Q32K Q2MR400K

Potenza generata: 20 μW

Potenza consumata: 3,2 mW

Potenza generata: 1 μW

Potenza consumata: 2,28 mW

Potenza generata: 25 μW

Potenza consumata: 2,4 mW

Bracciale termogeneratore

Miglioramenti

Sostituire le celle di Peltier con dispositivi termoelettrici realmente pensati per l’energy harvesting.

Ottimizzare il trasferimento di potenza.

Trovare un’applicazione per la quale il body heat energy harvesting sia una prospettiva interessante e vantaggiosa.

Realizzarne il progetto.

DIMOSTRAZIONE

GRAZIE PER L’ATTENZIONE