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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine darauf beruhende Vorrichtung bereitgestellt, die durch die Nutzung der Zentrifugalkraft als richtungsgebende Ordnungskraft in Verbindung mit einer energetischen Mindestunterstützung in Form einer geregelten Vorspannung eine thermoelektrische Konversion ermöglicht, ohne auf die Gegebenheit eines Temperaturgefälles angewiesen zu sein. Das als Konvertersubstrat dienende Festkörpergefüge (1) besteht aus partikulär strukturierten elektrischen Leitern bzw. Halbleitern, vorzugsweise aus einem adäquat verdichteten Gemisch mindestens zweier Arten von Mikropartikeln (3a, 3b), deren formbildende Stoffe möglichst weit auseinander liegende Positionen in der thermoelektrischen Spannungsreihe besetzen. In der einfachsten Ausführungsform ist es ringscheibenförmig auf dem Zentrifugenrotor (4) aufgebracht. Es wird angenommen, dass die Zentrifugalkraft über eine Translozierung von Ladungsträgerturbulenzen in den Grenzflächenbereichen der Mikropartikel wirksam wird.A method and a device based thereon are provided which, by using centrifugal force as a directional ordering force in conjunction with a minimum energetic support in the form of a regulated bias voltage, enables thermoelectric conversion without having to rely on the presence of a temperature gradient. The solid structure (1) serving as the converter substrate consists of particulate structured electrical conductors or semiconductors, preferably an adequately compressed mixture of at least two types of microparticles (3a, 3b), the formative substances of which occupy positions in the thermoelectric voltage series that are as far apart as possible. In the simplest embodiment, it is applied to the centrifuge rotor (4) in the form of an annular disk. It is assumed that the centrifugal force acts via a translocation of charge carrier turbulence in the interfacial regions of the microparticles.

Description

ermoelektrischen Konversion ugalkraft {TE-Zentrifuge) thermoelectric conversion ugal force {TE centrifuge)

durch Vermittlung der Zer through the mediation of the Zer

Verfahren und Vorrichtung zur thermoelektrischen Konversion durch Vermittlung der Zentrifugalkraft Process and device for thermoelectric conversion by mediation of centrifugal force

Arbeitsbegriff: Thermoelektrische Zentrifuge Working term: thermoelectric centrifuge

Henning Lange-Asschenfeldt Henning Lange Asschenfeldt

Vorbemerkung zum Stand der Technik: Preliminary remarks on the state of the art:

Kürzlich konnte gezeigt werden, dass in einem Festkörpergefüge aus mikropartikulär strukturiertem Graphit durch Vermittlung der Schwerkraft eine thermogene Beschleunigung freier Elektronen in ihre Gegenrichtung begünstigt wird (hitps//ek.doLorg/10 6084 /m9, figshare, 2059527). Diese wahrscheinlich grenzschichtenassoziierte Funktionalität führt nach Schließung eines Stromkreises über einen nachgeschalteten (invertierenden) Operationsverstärker zu einem berechenbaren Elektronenstrom aus dem konditionierten Festkörpergefüge. In welchem Ausmaß die Entwicklung dieses Elektronenstroms auf die energetische Rückwirkung des nachgeschalteten Verstärkers (oder einer entsprechenden externen Quelle in einer alternativen Schaltungsumgebung) angewiesen ist, bleibt Gegenstand weiterer Untersuchungen. It was recently shown that in a solid structure made of microparticulate structured graphite, a thermogenic acceleration of free electrons in their opposite direction is favored by the mediation of gravity (hitps//ek.doLorg/10 6084 /m9, figshare, 2059527). This functionality, which is probably associated with boundary layers, leads to a calculable electron current from the conditioned solid structure after a circuit has been closed via a downstream (inverting) operational amplifier. The extent to which the development of this electron current depends on the energetic feedback of the downstream amplifier (or a corresponding external source in an alternative circuit environment) remains the subject of further investigations.

Der resultierende Elektronenstrom wird durch das geomagnetische Feld erwartungsgemäß beeinflusst, aber nicht im Wesentlichen bestimmt, wie Versuche unter Verwendung magnetisch geschirmter Gehäuse gezeigt haben. Seine energetische Quelle ist vielmehr in einer thermoelektrischen Konversion zu suchen. Im konstanten Schwerefeld der Erde wird so zunächst insbesondere die Messung verschiedener Fraktionen ihres magnetischen Feldes an bestimmten Orten ermöglicht, wodurch sich das geophysikalische Monitoring wahrscheinlich sinnvoll ergänzen lässt. The resulting electron flow is expected to be influenced by the geomagnetic field, but not essentially determined, as experiments using magnetically shielded housings have shown. Rather, its energetic source is to be found in a thermoelectric conversion. In the constant gravitational field of the earth, the measurement of different fractions of its magnetic field at certain locations is made possible, which probably makes it possible to supplement the geophysical monitoring in a meaningful way.

Jedoch ist auch die Annahme begründet, dass die Gravitation über die Gleichrichtung des Elektronenstroms hinaus die thermoelektrische Konversionsrate signifikant beeinflusst. Daraus können sich bedeutsame praktische und theoretische Konsequenzen im Hinblick auf die Messung der Gravitationskraft und ihre Einordnung in das System der physikalischen Wechselwirkungen ergeben. Eingedenk des Äquivalenzprinzips darf sogar der Schluss gezogen werden, dass die thermoelektrische Konversion in ähnlicher Weise durch Zentrifugalkräfte vermittelt und kontrolliert werden kann. Erste Ergebnisse orientierender Experimente stützen die Annahme eines quantitativen Zusammenhangs. However, it is also reasonable to assume that gravity, in addition to rectifying the electron flow, significantly affects the thermoelectric conversion rate. Significant practical and theoretical consequences can result from this with regard to the measurement of the gravitational force and its classification in the system of physical interactions. Bearing in mind the equivalence principle, it can even be concluded that thermoelectric conversion can be mediated and controlled in a similar way by centrifugal forces. First results of preliminary experiments support the assumption of a quantitative connection.

Beschreibung der neuartigen Thermoelektrischen Zentrifuge: Description of the new thermoelectric centrifuge:

Die in der Vorbemerkung dargelegten Erkenntnisse erlauben über die messtechnischen Anwendungen hinaus Verfahren und Vorrichtungen zur thermoelektrischen Konversion durch Vermittlung der Zentrifugalkraft im technischen Maßstab zu konzipieren. Diese Art der Energiewandlung verspricht eine vergleichsweise hohe Effizienz, zumal in Zentrifugen hohe Beschleunigungswerte erreicht werden können. Um sie zu realisieren, wird ein geeignetes mikrogranuliertes Festkörpergefüge auf dem Zentrifugenrotor scheibenringförmig um dessen Rotationsachse angeordnet. Das Festkörpergefüge sollte zur Prozessoptimierung (Erhöhung der grenzschichtenassoziierten Ladungsträgerturbulenzen) aus einem adäquat verdichteten Gemisch mindestens zweier Arten elektrisch leitender Mikro- bzw. Nanopartikel bestehen, die sich in physikalisch-chemischer Hinsicht dadurch voneinander unterscheiden, dass ihre jeweils formbildenden Stoffe möglichst weit auseinander liegende Positionen in der thermoelektrischen Spannungsreihe besetzen (z.B. Graphit/Silicium). Nach derzeitigem Kenntnisstand ist allerdings nicht auszuschließen, dass statt des partikulären Festkörpergefüges auch ein homogener Festkörper, der aus entsprechend gestalteten und interagierenden molekularen oder supramolekularen Strukturkomponenten (auch in Form eingebetteter Mikropartikel) besteht, die besagte thermoelektrische Konversion bewirken kann. The findings presented in the preliminary remarks allow methods and devices for thermoelectric conversion to be designed on an industrial scale through the mediation of centrifugal force, in addition to metrological applications. This type of energy conversion promises comparatively high efficiency, especially since high acceleration values can be achieved in centrifuges. In order to realize it, a suitable microgranulated solid structure is arranged on the centrifuge rotor in the form of a disk ring around its axis of rotation. In order to optimize the process (increasing the charge carrier turbulence associated with the boundary layers), the solid structure should consist of an adequately compressed mixture of at least two types of electrically conductive micro- or nanoparticles, which differ from one another from a physical and chemical point of view in that their form-forming substances are in positions that are as far apart as possible of the thermoelectric voltage series (e.g. graphite/silicon). According to the current state of knowledge, however, it cannot be ruled out that instead of the particulate solid structure, a homogeneous solid consisting of appropriately designed and interacting molecular or supramolecular structural components (also in the form of embedded microparticles) can bring about the said thermoelectric conversion.

Fig. 1 zeigt in einer mehr symbolhaften Darstellung den Schnitt durch eine zur thermoelektrischen Konversion durch Vermittlung der Zentrifugalkraft ertüchtigten technischen Vorrichtung (Arbeitsbegriff: Thermoelektrische Zentrifuge (TEZ)). Das mikropartikuläre Festkörpergefüge ist auf dem Zentrifugenrotor scheibenringförmig um dessen Rotationsachse angeordnet. Ein Isolator trennt die periphere Elektrode (Pluspol/e-Akzeptor) von der zentralen Elektrode (Minuspol/e-Donator). 1 shows, in a more symbolic representation, the section through a technical device that has been upgraded for thermoelectric conversion by means of centrifugal force (working term: thermoelectric centrifuge (TEZ)). The microparticulate solid structure is arranged on the centrifuge rotor in the form of a disk ring around its axis of rotation. An insulator separates the peripheral electrode (positive pole/e-acceptor) from the central electrode (negative pole/e-donor).

Zur Spannungsvervielfachung können entweder mehrere Scheiben dieser Art konzentrisch aneinandergefügt und/oder das ringförmig angeordnete Festkörpergefüge bei entsprechend angepasster Bauweise sektoral aufgeteilt und derart leitend miteinander verbunden werden, dass Elektronenstrom und Zentrifugalkraft stets gegeneinander gerichtet sind. To multiply the voltage, either several discs of this type can be joined together concentrically and/or the ring-shaped solid structure can be divided into sectors with an appropriately adapted design and conductively connected to one another in such a way that the electron current and centrifugal force are always directed against each other.

ermoelektrischen Konversion Ikraft {TE-Zentrifuge) thermoelectric conversion Ikraft {TE centrifuge)

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Nach jetzigem Kenntnisstand ist es erforderlich, die thermoelektrische Konversion und damit den ihr entstammenden Elektronenstrom auch im Falle einer Vermittlung des Prozesses durch Zentrifugalkräfte mit Hilfe einer stetig nachgeführten Vorspannung fortschreitend zu „entwickeln“, bis ein Gleichgewichtspotential erreicht ist, das den funktionellen Eigenschaften des rotierenden Konverters und der aktuell verfügbaren Wärme entspricht. Die Klärung der in theoretischer und praktischer Hinsicht bedeutsamen Frage, in welchem Ausmaß die verfügbare Wärme und/oder die Zentrifugalkraft den Bedarf an externer Unterstützung für die Auslösung und die Unterhaltung des Konversionsprozesses verändern, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten. Dazu gehören auch experimentelle Studien zu denkbaren zentrifugalkraftbedingten Elektronenstromdurchbrüchen. According to the current state of knowledge, it is necessary to progressively "develop" the thermoelectric conversion and thus the resulting electron flow, even if the process is mediated by centrifugal forces, with the help of a continuously tracked bias voltage until an equilibrium potential is reached that corresponds to the functional properties of the rotating converter and corresponds to the currently available heat. The theoretically and practically significant question of how much available heat and/or centrifugal force alters the need for external support to initiate and sustain the conversion process remains to be explored further. This also includes experimental studies on conceivable electron current breakthroughs caused by centrifugal force.

Die dem situativen Gleichgewichtspotential entsprechende thermoelektrische Konversionsleistung wird in wesentlichem Maße durch die Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge bestimmt. Sie kann jedoch durch Einspeisung eines veränderlichen Steuerstroms aus einer externen Quelle in den Hauptstromkreis innerhalb der Leistungsbreite des Systems modifiziert werden. Dabei wird der Umgebung der Zentrifuge entsprechend mehr oder weniger Wärme im Wege der thermoelektrischen Konversion entzogen. The thermoelectric conversion performance corresponding to the situational equilibrium potential is largely determined by the rotation speed of the centrifuge. However, it can be modified by injecting a variable control current from an external source into the main circuit within the performance range of the system. In the process, more or less heat is withdrawn from the surroundings of the centrifuge by way of thermoelectric conversion.

Fig. 2 zeigt einen Messkreis zur Ermittlung des situativen Gleichgewichtspotentials einer Thermoelektrischen Zentrifuge (TEZ) unter konstanten Laborbedingungen. Bei Gleichheit der Widerstände Rı und Rz: (Beispiel) stellt sich am Ausgang des invertierenden Verstärkers der negative Wert der bei A und B bzw. C anliegenden und mit Rı belasteten Ausgangsspannung der Zentrifuge (TEZ) ein. B und C (als virtueller Massepunkt) liegen aus systemischen Gründen auf gleichem Potential. Der der thermoelektrischen Konversion entstammende elektrische Leistungsanteil ist deshalb als im Wesentlichen eigenständig anzusehen. Bei konstanter Konversionsrate besteht er auf der Basis eines instabilen Gleichgewichts unter Nutzung minimaler Unterstützungskräfte fort. 2 shows a measuring circuit for determining the situational equilibrium potential of a thermoelectric centrifuge (TEZ) under constant laboratory conditions. If the resistances Rı and Rz are equal: (example), the negative value of the output voltage of the centrifuge (TEZ) present at A and B or C and loaded with Rı appears at the output of the inverting amplifier. B and C (as a virtual ground point) are at the same potential for systemic reasons. The electrical power component originating from the thermoelectric conversion is therefore to be regarded as essentially independent. With a constant conversion rate, it persists on the basis of an unstable equilibrium using minimal support forces.

In Fig. 3 sind die Funktionselemente einer im technischen Maßstab konzipierten Thermoelektrischen Zentrifuge (TEZ) dargestellt. Der Generator HSG liefert den Hilfsstrom zur Unterhaltung der stetig nachzuführenden elektrischen Vorspannung für die Entwicklung der am Lastwiderstand Rı maximal verfügbaren Zentrifugenleistung. Letztere kann über die Steuerspannung Ur und den Regelschaltkreis RS unter Einbeziehung des regelbaren Widerstandes Rus im Hauptstromkreis in den durch das System gesetzten Grenzen an die aktuellen Erfordernisse angepasst werden. Der über Rı und Rus fließende und dort wiederum in Wärme umgesetzte Elektronenstrom kann in einer anderen peripheren Umgebung bei entsprechender Leistungsanpassung ganz oder in Teilen einer alternativen Nutzung, z.B. einer elektromechanischen oder elektrochemischen Energiekonversion (Elektrolyse, Aufladung elektrischer Akkumulatoren) zugeführt werden. 3 shows the functional elements of a thermoelectric centrifuge (TEZ) designed on an industrial scale. The HSG generator supplies the auxiliary current to maintain the electrical pre-tension that has to be continuously tracked for the development of the maximum available centrifuge power at the load resistance Rı. The latter can be adapted to the current requirements via the control voltage Ur and the control circuit RS, including the controllable resistance Rus in the main circuit, within the limits set by the system. The flow of electrons flowing through Rı and Rus, where it is converted into heat in turn, can be used in a different peripheral environment, in whole or in part, with appropriate power adjustment, e.g. electromechanical or electrochemical energy conversion (electrolysis, charging of electrical accumulators).

Der in den Konversionsprozess der Thermoelektrischen Zentrifuge (TEZ) eingehende Wärmebetrag wird unmittelbar dem umgebenden Medium des Zentrifugenrotors (z.B. Luft, Wasserdampf) entzogen, wobei eine geeignete Bauform des Zentrifugenrotors für eine ausreichende Konvektion bei möglichst geringen Reibungsverlusten zu sorgen hat. Der Zentrifugenrotor kann aber auch zur Aufnahme von Strahlungsenergie (z.B. Solarenergie) ertüchtigt werden. In Betracht kommt schließlich sogar die Nutzung von Wärme aus radioaktiven Zerfallsprozessen mit der Möglichkeit einer unmittelbaren (!) Umwandlung in elektrische Energie (z.B. in der Raumfahrt). Der nukleare Brennstoff müsste in diesem Fall mit dem zur thermoelektrischen Konversion ertüchtigten Festkörpergefüge im Zentrifugenrotor in eine gut wärmeleitende Verbindung gebracht oder in das Festkörpergefüge integriert werden. The amount of heat entering the conversion process of the thermoelectric centrifuge (TEZ) is immediately withdrawn from the medium surrounding the centrifuge rotor (e.g. air, water vapour), whereby a suitable design of the centrifuge rotor must ensure sufficient convection with the lowest possible friction losses. However, the centrifuge rotor can also be upgraded to absorb radiant energy (e.g. solar energy). Finally, even the use of heat from radioactive decay processes with the possibility of direct (!) conversion into electrical energy (e.g. in space travel) comes into consideration. In this case, the nuclear fuel would have to be brought into a good thermally conductive connection with the solid structure in the centrifuge rotor, which has been upgraded for thermoelectric conversion, or integrated into the solid structure.

Prinzipiell ist die Thermoelektrische Zentrifuge (TEZ) auch zur Kühlung von Räumen oder Behältern geeignet, wobei die thermoelektrische Konversionsrate über die oben erwähnten Steuerungsmechanismen erhöht und der elektrische Energieüberschuss als (nutzbares) Äquivalent der entzogenen thermischen Energie aus den betreffenden Räumen oder Behältern herausgeleitet werden kann. In principle, the thermoelectric centrifuge (TEZ) is also suitable for cooling rooms or containers, whereby the thermoelectric conversion rate is increased via the control mechanisms mentioned above and the excess electrical energy can be discharged from the rooms or containers in question as a (usable) equivalent of the thermal energy extracted.

Claims (3)

15 20 25 30 35 Patentansprüche:15 20 25 30 35 patent claims: 1. Verfahren und Vorrichtung zur thermoelektrischen Konversion durch Vermittlung der Zentrifugalkraft, gekennzeichnet durch: - eine Zentrifuge (TEZ) mit Zentrifugenrotor (4) einschließlich Antriebseinrichtung (9); - ein Festkörpergefüge (1) aus partikulär strukturierten elektrischen Leitern oder Halbleitern, das in der einfachsten Variante scheibenringförmig oder in Sektoren auf dem Zentrifugenrotor (4) um dessen Rotationsachse angeordnet ist; - zentral und peripher gelegene Elektroden (6, 7) für die Aufnahme des im Konversionsprozess generierten Elektronenstroms sowie entsprechenden Kollektoren (8a, 8b) zur Ableitung in den äußeren Stromkreis; - leistungsadaptierte Elemente der äußeren Beschaltung, bestehend aus - einem Operationsverstärker (10) oder einer äquivalenten Schaltung, einem zugleich als Eingangswiderstand dienenden Lastwiderstand (11) und einem essenziellen Rückkopplungswiderstand (12) zu Messzwecken im Laborbetrieb bzw. - einem über einen Regelschaltkreis (16) anzusteuernden Generator (13) für den obligatorischen Unterstützungsstrom mit justierbarem Außenwiderstand (17) sowie einem Lastwiderstand (14) als Nutzlastkorrelat im Leerlaufbetrieb bei 1. A method and device for thermoelectric conversion by mediating the centrifugal force, characterized by: - a centrifuge (TEZ) with centrifuge rotor (4) including drive device (9); - A solid structure (1) of particulate structured electrical conductors or semiconductors, which is arranged in the simplest variant in the form of a disk ring or in sectors on the centrifuge rotor (4) around its axis of rotation; - Centrally and peripherally located electrodes (6, 7) for receiving the electron current generated in the conversion process and corresponding collectors (8a, 8b) for derivation into the external circuit; - Performance-adapted elements of the external circuitry, consisting of - an operational amplifier (10) or an equivalent circuit, a load resistor (11) that also serves as an input resistor and an essential feedback resistor (12) for measurement purposes in laboratory operation or - a control circuit (16) generator (13) to be controlled for the obligatory support current with adjustable external resistance (17) and a load resistance (14) as payload correlate in no-load operation Verwendung zur Energieversorgung. Use for energy supply. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das partikulär strukturierte Festkörpergefüge (1) im Interesse der Prozessoptimierung aus einem adäquat verdichteten Gemisch mindestens zweier Arten von Mikropartikeln (3a, 3b) besteht, deren formbildende Stoffe möglichst weit auseinander liegende Positionen in der thermoelektrischen Spannungsreihe besetzen. 2. The method according to claim 1, characterized in that the particulate structured solid structure (1) consists of an adequately compressed mixture of at least two types of microparticles (3a, 3b) in the interest of process optimization, the form-forming substances of which are positioned as far apart as possible in the thermoelectric occupy the voltage series. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass statt des partikulären Festkörpergefüges (1) ein homogener Festkörper aus entsprechend gestalteten und interagierenden molekularen oder supramolekularen Strukturkomponenten, auch in Form eingebetteter 3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that instead of the particulate solid structure (1), a homogeneous solid body of appropriately designed and interacting molecular or supramolecular structural components, also in the form of embedded Mikropartikel, die besagte thermoelektrische Konversion bewirkt. Microparticles causing said thermoelectric conversion. ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE RECENTLY FILED CLAIMS Fig. 2 2 14 (11) 14 (11) Fig. 3 3 17 17 ZULETZT VORGELEGTE ZEICHNUNGEN RECENTLY SUBMITTED DRAWINGS
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