DE102007017461A1

DE102007017461A1 - Modul zur Energieversorgung

Info

Publication number: DE102007017461A1
Application number: DE102007017461A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Nurnus; Axel Schubert; Fritz Volkert
Original assignee: Micropelt GmbH
Current assignee: MICROPATENT B.V., NL
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-11
Also published as: DE102007017461B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modul zur Energieversorgung einer elektrischen Einrichtung mit mindestens einem Thermogenerator, der unter Einwirkung eines Temperaturgefälles eine elektrische Spannung erzeugt, die der elektrischen Einrichtung zur Energieversorgung zuzuführen ist, sowie mit einem mit dem Thermogenerator zusammenwirkenden elektronischen Baustein zur Stabilisierung der vom Thermogenerator erzeugen Spannung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul zur Energieversorgung einer elektrischen Einrichtung.
In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, elektrische Einrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen, ohne dass ein Anschluss an ein Stromversorgungsnetz vorhanden ist. Insbesondere bei elektrischen Messinstrumenten (z. B. Sensoren zum Erfassen einer Kenngröße) ist es vielfach wünschenswert, diese autark, d. h. unabhängig von einem Stromanschluss, betreiben zu können.
Eine Möglichkeit, Messinstrumente unabhängig von einem Stromnetz zu betreiben, besteht in der Verwendung einer elektrochemischen Batterie. Der Batteriebetrieb ist jedoch insbesondere bei Messinstrumenten, die über einen längeren Zeitraum hinweg autark betrieben werden sollen, problematisch, da ein regelmäßiger Batteriewechsel erforderlich ist. Je nach Installation des Messgerätes (Aufstellungsort, Zugänglichkeit) kann mit jedem Batteriewechsel ein hoher Aufwand verbunden sein. Dies trifft insbesondere auf viele industrielle Umgebungen zu, wo sich zahlreiche Messinstrumente an schwer zugänglichen oder gar nicht zugänglichen Bereichen befinden. Zudem erweisen sich Batterien bei höheren Temperaturen als unzuverlässig.
Ein Beispiel für ein Messinstrumente, die in vielen Fällen autark betrieben werden müssen, aber nicht immer mit einer Batterie versorgt werden können, sind Flüssigkeitsmengenzähler, die die Durchflussmenge eines temperierten Mediums (Flüssigkeit oder Gas) bestimmen. Zusätzlich kann dabei von einem solchem Messgerät auch die Temperatur des fließenden Mediums erfasst werden, wie z. B. bei Warmwasserzählern. Beispiele für Durchflussmengenmessgeräte sind z. B. in der DE 196 23 729 C2 und der DE 100 31 782 A1 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein wartungsarmes Modul zur Energieversorgung einer elektrischen Einrichtung bereitzustellen.
Dieses Problem wird durch das Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Danach ist ein Modul zur Energieversorgung einer elektrischen Einrichtung gegeben, das aufweist:

– mindestens einen Thermogenerator, der unter Einwirkung eines Temperaturgefälles eine elektrische Spannung erzeugt, die der elektrischen Einrichtung zur Energieversorgung zuzuführen ist; und
– einen mit dem Thermogenerator zusammenwirkenden elektronischen Baustein zur Stabilisierung der vom Thermogenerator erzeugten Spannung.

Die Verwendung eines Thermogenerators zur Versorgung der elektrischen Einrichtung hat eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. die völlige Wartungsfreiheit, keine Verwendung umweltbedenklicher oder schwer handhabbarer chemischer Substanzen sowie eine im Prinzip unbegrenzte Lebensdauer.
Ein Thermogenerator wandelt generell einen Wärmestrom in elektrische Energie um, wobei zwischen Anschlüssen (elektrisch leitfähigen Kontakten) des Thermogenerators eine Thermospannung entsteht (Seebeck-Effekt). Ist ein äußerer Stromkreis zwischen den Anschlüssen über einen elektrischen Widerstand (Verbraucher, wie z. B. die elektrische Einrichtung) geschlossen, fließt ein Gleichstrom, wobei der Thermogenerator elektrische Energie an die elektrische Einrichtung liefert und somit für diese eine autarke Energiequelle darstellt. Die Funktionsweise eines Thermogenerators ist jedoch an sich bekannt, so dass an dieser Stelle nicht näher auf sie eingegangen wird.
Durch den mit dem Thermogenerator zusammenwirkenden elektronischen Baustein wird eine Stabilisierung der erzeugten Spannung erreicht, wodurch zeitliche Schwankungen der vom Thermogenerator erzeugten Spannung (die insbesondere durch Schwankungen des Temperaturgefälles, das auf den Thermogenerator einwirkt, hervorgerufen sein können) ausgeglichen werden, so dass der elektrischen Einrichtung eine im Wesentlichen konstante Spannung zugeführt werden kann. Die vom Thermogenerator gelieferte, näherungsweise konstante Spannung ist so gewählt, dass sie der Arbeitsspannung der zu versorgenden elektrischen Einrichtung entspricht. Hierzu kann der elektronische Baustein so ausgebildet sein, dass er die vom Thermogenerator erzeugte Spannung in eine höhere Spannung tranformiert. Zusätzlich kann der elektronische Baustein Mittel zum Speichern von Energie, die vom Thermogenerator erzeugt wird, aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Thermogenerator mikrotechnologisch hergestellt. Hierdurch wird ein miniaturisierter Thermogenerator erzeugt, der besonders flexibel verwendbar ist und zu einem kompakten Modulaufbau führt. Insbesondere können zur Versorgung der elektrischen Einrichtung selbstverständlich auch mehrere Thermogeneratoren gleichzeitig betrieben werden, von denen zumindest einige elektrisch in Reihe geschaltet sein können; es kann insbesondere vorgesehen sein, dass einige der Thermoelemente in Reihe und einige parallel geschaltet sind.
Derartige miniaturisierte Thermogeneratoren umfassen ein Substrat, auf dem mikrotechnologisch erzeugte Strukturen ausgebildet sind. In einer Ausgestaltung weist ein miniaturisierter Thermogenerator eine Substratfläche im Bereich von 0,5 bis 25 mm² auf. Die gesamte Höhe (senkrecht zum Substrat einschließlich der Substratdicke) des Thermogenerators liegt z. B. im Bereich von etwa 100 μm bis 1000 μm. Allerdings ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf Thermogeneratoren mit derartigen Abmessungen beschränkt, andere Ausführungsformen eines Thermogenerators (auch mit größeren oder noch kleineren Abmessungen) können ebenfalls in dem erfindungsgemäßen Modul verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein mikrotechnologisch hergestellter Thermogenerator ausgebildet und vorgesehen, eine Spannung zu erzeugen, wenn ein im Wesentlichen senkrecht zum Substrat verlaufendes Temperaturgefälle auf ihn einwirkt (crossplane-Aufbau des Thermogenerators). Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass das zur Erzeugung elektrischer Energie genutzte Temperaturfeld (Temperaturgradient) sich zwar durch das Substrat (d. h. durch thermoelektrisch im Wesentlichen inaktives Material) senkrecht hindurch hinweg ausbreiten, sich aber nicht über eine größere Länge parallel zur Substratoberfläche im Substrat erstrecken muss (wie in einem sog. in-plane-Aufbau eines Thermogenerators).
Das Temperaturfeld und ein durch das Temperaturfeld hervorgerufener Wärmestrom erstreckt sich so nur über eine relativ kleine Länge (entsprechend der Substratdicke, die im Bereich von einigen 100 μm liegen kann) durch thermoelektrisch inaktives Gebiet.
In einer besonders vorteilhaften Variante bilden die mikrotechnologisch erzeugten Strukturen eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen Thermozellen, die jeweils mindestens ein erstes Element eines ersten Leitungstyps und ein zweites Element eines zweiten Leitungstyps aufweisen. Besonders bevorzugt sind das erste und das zweite Element nebeneinander auf dem Substrat angeordnet. Das erste und das zweite Element stellen in dieser Ausführungsform „Schenkel" des Thermogenerators dar.
Die Elemente weisen ein thermoelektrisches Material auf, so dass die Elemente (Schenkel) des Thermogenerators die thermoelektrisch aktiven Bestandteile des Thermogenerators sind, in denen eine Umwandlung thermischer Energie eines Wärmestroms, der durch ein Temperaturgefälle erzeugt wird, in elektrische Energie erfolgt. Das aktive Material (der Schenkel) des Thermogenerators ist in diesem cross-plane-Aufbau auf dem Substrat ausgebildet und erstreckt nicht innerhalb des Substrats wie in einem in-plane-Aufbau. Die Schenkel weisen beispielsweise parallel zum Substrat einen rechteckigen Querschnitt auf; es sind aber auch nahezu beliebige fototechnisch definierbare Querschnitte sind möglich.
Ein Beispiel für ein mikrotechnologisch erzeugtes thermoelektrisches Bauelement mit diesem Aufbau ist in der DE 198 45 104 A1 beschrieben. Hier wird das Bauelement zwar nicht als Thermogenerator sondern als Kühlelement betrieben; es kann jedoch ohne Änderung seines Aufbaus auch als Thermogenerator betrieben werden (indem keine Spannung angelegt wird, um eine Temperaturdifferenz zu erzeugen, sondern bei Vorhandensein einer Temperaturdifferenz eine Spannung abgeleitet wird).
Besonders bevorzugt wird als thermoelektrisch aktives Material für die Elemente der Thermozellen ein Material mit einem hohen thermoelektrischen Koeffizienten gewählt, z. B. Bismuttellurid. Insbesondere ist das erste Element p-dotiert und weist eine Legierung aus (Bi_1-xSb_x)₂(Te_1-ySe_y) auf, während das zweite Element einer Thermozelle n-dotiert ist und z. B. die gleiche Legierung wie das erste Element aufweist. Die genannten Legierungen besitzen im Temperaturbereich von ca. –10°C bis 200°C eine im Vergleich mit anderen thermoelektrischen Materialien hohe thermoelektrische Effektivität.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Thermogenerator ausgebildet und vorgesehen, mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke derart thermisch gekoppelt zu werden, dass ein Wärmestrom zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke im Wesentlichen senkrecht zum Substrat und dabei durch die ersten und zweiten Elemente fließt. Somit kann der (miniaturisierte) Thermogenerator so mit der Wärmequelle und der Wärmesenke verbunden werden, dass zwischen unterschiedlichen Ebenen der Elemente (senkrecht zum Substrat) einer Thermozelle eine Temperaturdifferenz auftritt, wodurch ein senkrecht zum Substrat fließender Wärmestrom durch die Elemente hervorgerufen wird. Der Wärmestrom verläuft hierbei nahezu ausschließlich durch die Elemente und z. B. nicht zwischen ihnen.
Zum Ankoppeln an die Wärmesenke weist der Thermogenerator vorteilhafterweise einen Wärmetauscher auf. Hierbei führt der Thermogenerator über getrennte Medien Wärme z. B. an einen anderen Festkörper (z. B. einen Kupferblock), an ein Gas (Luft), an eine Flüssigkeit oder an ein Wärmeleitrohr ab. Der Wärmetauscher-Bereich des Thermogenerators stellt somit die Kaltseite des Thermogenerators dar.
Der elektronische Baustein zur Stabilisierung der vom Thermogenerator erzeugten Spannung weist bevorzugt Mittel zur Überwachung und/oder Mittel zum Transformieren der vom Thermogenerator erzeugten Spannung auf. Zusätzlich können auch Mittel zur Speicherung vom Thermogenerator erzeugter elektrischer Ladung vorhanden sein. Ein derartiger Ladungsspeicher nimmt elektrische Energie auf, wenn sie nicht von der zu versorgenden elektrischen Einrichtung benötigt wird. Somit ist es möglich, elektrische Energie an die elektrische Einrichtung auch dann zu liefern, wenn am Thermogenerator (vorübergehend) kein Temperaturgefälle anliegt und vom Thermogenerator selbst keine oder wenig elektrische Energie erzeugt wird.
Zusätzlich kann der elektronische Baustein Mittel zur Umpolung der vom Thermogenerator erzeugten Spannung aufweisen. Hierzu kann eine elektronische Polwender-Schaltung vorhanden sein, die sicherstellt, dass auch im Falle einer Umkehr des auf den Thermogenerator einwirkenden Temperaturgradienten – was mit einer Umpolung der vom Thermogenerator selbst erzeugten Spannung einhergeht – die an die zu versorgende elektrische Einrichtung gelieferte Spannung ihre Polarität beibehält.
In besonders bevorzugter Weise sind der Thermogenerator und der elektronische Baustein in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, d. h. in ein Gehäuse integriert. Hiermit wird ein kompaktes Energieversorgungsmodul bereitgestellt, das insbesondere durch eine mikrotechnologische Herstellungsweise des Thermogenerators sehr kompakt ausgeführt werden kann, z. B. mit Abmessungen im Bereich von einigen Millimetern.
Zur Fernüberwachung kann das Modul eine Kommunikationseinrichtung (wie z. B. einen RF-ID-Transponder) aufweisen, mittels derer Daten vom Modul oder zum Modul z. B. von einer externen Überwachungseinrichtung gesendet werden können, z. B. um eine Einstellung von Betriebsparametern vorzunehmen.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Vorrichtung mit einer elektrischen Einrichtung und einem wie oben beschriebenen Modul zur Energieversorgung der elektrischen Einrichtung.
In einer besonderen Weiterbildung weist diese Vorrichtung Anpassungsmittel auf, die die Energiezufuhr vom Modul zur elektrischen Einrichtung in Abhängigkeit von einer momentanen vom Modul der elektrischen Einrichtung zur Verfügung stellbaren Energiemenge steuern. Besonders bevorzugt wird die Energiezufuhr in Abhängigkeit von einer momentan am Modul zur Verfügung stehenden Stromstärke gesteuert.
Hierzu sind die Anpassungsmittel bevorzugt ausgebildet, die Energiezufuhr vom Modul zur elektrischen Einrichtung derart zu steuern, dass die Energie des Moduls dem Verbraucher in zeitlichen Intervallen zugeführt wird. Hierbei kann die Länge der zeitlichen Intervalle in Abhängigkeit einer momentan vom Modul der elektrischen Einrichtung zur Verfügung stellbaren Stromstärke eingestellt werden. Beispielsweise werden die Zeitintervalle relativ lang eingestellt, wenn der Thermogenerator eine ausreichende Energiemenge zur Verfügung stellen kann. Dies bedeutet, dass die vom Thermogenerator und ggf. von einem im elektronischen Baustein vorhandenen Ladungsspeicher erzeugte Stromstärke ausreichend ist, d. h. z. B. einen voreinstellbaren Wert überschreitet.
Wird die Energie knapp, d. h. die insgesamt vom Thermogenerator abgegebene Stromstärke ist gering (z. B. unterschreitet sie einen voreinstellbaren Wert) werden die Zeitintervalle, in denen Energie an die elektrische Einrichtung geliefert wird, verkürzt. Damit ist sichergestellt, dass die elektrische Einrichtung seine Funktion auch bei sich verändernder Temperatureinwirkung auf den Thermogenerator erfüllen kann und insbesondere ein länger andauernder Ausfall der elektrischen Einrichtung vermieden wird.
Zusätzlich können die Anpassungsmittel auch die zeitlichen Abstände zwischen den Intervallen, in denen der elektrischen Einrichtung Energie zugeführt wird, anpassen, z. B. bei nur schwacher Stromstärke am Thermogenerator größere Abstände etwa zwischen Messintervallen vorsehen, wenn die zu vorsorgende elektrische Einrichtung ein Messinstrument ist.
In besonders bevorzugter Weise ist die elektrische Einrichtung ein elektrisches Messinstrument, das z. B. ausgebildet ist, Temperatur, Druck, Durchflussmenge eines Mediums und/oder mechanische Schwingungen eines Gegenstandes zu messen. Für derartige Messinstrumente ist eine autarke Energieversorgung besonders interessant, da sie in vielen Bereichen der industriellen Prozesskontrolle und der industriellen Steuerung eingesetzt werden, wobei sie insbesondere zur dezentralen Messung der erwähnten Eigenschaften Temperatur, Schwingungen, Druck dienen. Im Bereich der Antriebstechnik können zusätzlich z. B. anhand einer Temperaturmessung bestimmte Zustände wie Stillstand oder Überhitzung angezeigt werden. Mittels einer Schwingungsmessung kann z. B. ein rotierendes Maschinenteil auf seinen Zustand hin überprüft werden, um dadurch frühzeitig Maschinenausfälle zu verhindern.
Beispielsweise kann das Messinstrument ausgebildet sein, Schwingungen einer bewegten Masse zu bestimmen (z. B. Zug-Bremse, insbesondere ICE Bremse oder Zug-Rad, insbesondere ICE Rad). Weitere Varianten für ein Messinstrument sehen vor, dass es Temperaturen zwischen einem Schmiermittel eines Motors und der Umgebung des Schmiermittels bestimmt, oder ein Wärmefluss gemessen werden kann.
Durchflussmengenmesser, Füllstandssensoren sowie elektronische Heizkostenverteiler u. ä. Messsysteme sind vielfach an Stellen eingebaut, an denen lokale Temperaturgefälle auftreten. So besteht z. B. bei einem elektronischen Heizkostenverteiler eine Temperaturdifferenz zwischen einer warmen Heizkörperoberfläche (an dem der elektronische Heizkostenverteiler angebracht ist) und der umgebenden Raumluft. Hierfür können verschiedene Messverfahren zum Einsatz kommen, z. B. die Coriolis-Massendurchflussmessung, die Wirbelzähler-Durchflussmessung, Ultraschallmessung oder die Verwendung thermoelektrischer Sensoren.
Bei Durchflussmengenmessern existieren insbesondere dann Temperaturgefälle, wenn das strömende Medium eine andere Temperatur als ein angrenzendes Medium aufweist. Ein weiteres Beispiel für lokale Temperaturdifferenzen stellen Motoren, Getriebemotoren und generell Getriebe dar. Bei einem Getriebe besteht z. B. zwischen einem Getriebeöl, das zum Betrieb eines inneren Getriebeteils vorhanden ist, aufgrund von Reibungswärme ein Temperaturgefälle vom Getriebeöl zu seiner Umgebung auf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur genauer erläutert. Die Figur zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Stromversorgungsmoduls.
Genauer zeigt die Figur ein Modul 1 mit einem mikrotechnologisch hergestellten Thermogenerator 2, mit dem unter Einwirkung eines Temperaturgefälles eine Spannung zur Versorgung einer elektrischen Einrichtung, z. B. eines Messgerätes, erzeugt werden kann. Um ein Temperaturgefälle über dem Thermogenerator zu erzeugen, steht der Thermogenerator 2 in Wärmekontakt einerseits mit einer Wärmequelle in Form eines Wärmereservoirs 3 und andererseits mit einer Wärmesenke 4.
Die thermische Ankopplung des Thermogenerators 2 an das Wärmereservoir 3 bzw. an die Wärmesenke 4 erfolgt jeweils über einen z. B. aus Kupfer gebildeten Wärmeverteiler (heat spreader) 5, der den Thermogenerator 2 mit dem Wärmereservoir 3 und der Wärmesenke 4 (thermisch und mechanisch) verbindet. Die Wärmeverteiler 5 weisen jeweils einen verbreiterten, an die Abmessungen des Wärmereservoirs 3 bzw. der Wärmesenke 4 angepassten Bereich 51 sowie einen (gegenüber dem Bereich 51 schmaleren) dem Thermogenerator 2 zugewandten Bereich 52 auf, der den Abmessungen des Thermogenerators 2 angepasst ist.
Der Thermogenerator 2 umfasst ein erstes Substrat 21 sowie ein parallel zum ersten Substrat angeordnetes zweites Substrat 22, wobei auf den Substraten 21, 22 Strukturen ausgebildet sind, die thermoelektrisch aktive Zellen (Thermozellen) bilden (nicht dargestellt). Die Wärmeverteiler 5 sind jeweils über ihren Bereich 52 mit einer Seite 211 des ersten Substrats 21 bzw. mit einer (der Seite 211 abgewandten) Seite 221 des zweiten Substrates 22 thermisch mit dem Thermogenerator 2 verbunden. Die thermische Ankopplung des Thermogenerators 2, d. h. seiner Seiten 211, 221, zu den Wärmeverteilern 5 (und auch die Ankopplung der Bereiche 51 der Wärmeverteiler an das Wärmereservoir 3 bzw. an die Wärmesenke 4) erfolgt derart, dass der Wärmewiderstand möglichst gering ist. Dies kann z. B. über ein geeignetes Lotmaterial, z. B. ein Flüssigmetall, erreicht werden.
Das Wärmereservoir 3 umfasst einen mit einem heißen Medium 31 (Gas oder Flüssigkeit) gefüllten Behälter. Die Wärmesenke 4 weist einen z. B. aus Kupfer gebildeten (massiven) Körper 43 auf, der eine Mehrzahl längserstreckter Strukturen 41 aufweist, die sich strahlenförmig von einer dem Thermogenerator 2 zugewandeten Grundstruktur 42 erstrecken. Die längserstreckten Strukturen 41 sorgen für eine große Oberfläche des Körpers 43, wodurch der Körper 43 vom Thermogenerator 2 aufgenommene Wärme gut wieder ableiten kann (z. B. an die Umgebung oder an ein Wärme aufnehmendes Reservoir).

Durch die thermische Kopplung des Thermogenerators 2 einerseits an das Wärmereservoir 3 und andererseits an die Wärmesenke 4 entsteht ein auf den Thermogenerator 2 einwirkendes Temperaturgefälle, das einen Wärmestrom hervorruft, der den Thermogenerator 2 im Wesentlichen senkrecht zu den Substraten 21, 22 durchfließt. Der Wärmestrom ruft am Thermogenerator 2 eine elektrische Spannung hervor, die am Thermogenerator abgegriffen und, wie erwähnt, zur Versorgung einer im Prinzip beliebigen elektrischen Einrichtung (nicht dargestellt) zugeführt werden kann. Zusätzlich ist eine Elektronik vorhanden (nicht dargestellt), die für eine Stabilisierung der vom Thermogenerator erzeugten Spannung sorgt. Bezugszeichenliste

1	Modul
2	Thermogenerator
21	erstes Substrat
211	Seite
22	zweites Substrat
221	Seite
3	Wärmereservoir
31	Medium
4	Wärmesenke
41	längserstreckte Struktur
42	Grundstruktur
43	Körper
5	Wärmeverteiler
51, 52	Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19623729 C2 [0004]
- DE 10031782 A1 [0004]
- DE 19845104 A1 [0017]

Claims

Modul zur Energieversorgung einer elektrischen Einrichtung mit – mindestens einem Thermogenerator (2), der unter Einwirkung eines Temperaturgefälles eine elektrische Spannung erzeugt, die der elektrischen Einrichtung zur Energieversorgung zuzuführen ist; und – einem mit dem Thermogenerator (2) zusammenwirkenden elektronischen Baustein zur Stabilisierung der vom Thermogenerator (2) erzeugten Spannung.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) mikrotechnologisch hergestellt ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) mindestens ein Substrat (21, 22), auf dem mikrotechnologisch erzeugte Strukturen ausgebildet sind, umfasst und ausgebildet ist, eine Spannung zu erzeugen, wenn ein im Wesentlichen senkrecht zum Substrat (21, 22) verlaufendes Temperaturgefälle auf ihn einwirkt.
Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen Thermozellen bilden, die jeweils mindestens ein erstes Element eines ersten Leitungstyps und ein zweites Element eines zweiten Leitungstyps aufweisen.
Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Thermozellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Modul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Element nebeneinander zwischen zwei Substraten (21, 22) angeordnet sind.
Modul nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) ausgebildet und vorgesehen ist, mit einer Wärmequelle (3) und einer Warmesenke (4) derart thermisch gekoppelt zu werden, dass ein Wärmestrom zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke im Wesentlichen senkrecht zum Substrat (21, 22) und durch die ersten und zweiten Elemente fließt.
Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) einen Wärmetauscher aufweist, über den es mit der Wärmesenke (4) koppelbar ist.
Modul nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Element jeweils ein thermoelektrisches Material aufweisen.
Modul nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element p-dotiertes (Bi_1-xSb_x)₂(Te_1-ySe_y) aufweist, wobei 0 ≤ x, y ≤ 1.
Modul nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element n-dotiertes (Bi_1-xSb_x)₂(Te_1-ySe_y) aufweist, wobei 0 ≤ x, y ≤ 1.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Baustein Mittel zur Überwachung und/oder Mittel zum Transformieren der vom Thermogenerator (2) erzeugten Spannung aufweist.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Baustein Mittel zur Speicherung vom Thermogenerator (2) erzeugter elektrischer Ladung aufweist.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Baustein Mittel zur Umpolung der vom Thermogenerator (2) erzeugten Spannung aufweist.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) und der elektronische Baustein in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Übertragung von Daten bezüglich des Thermogenerators (2) an eine externe Einrichtung.
Vorrichtung mit einer elektrischen Einrichtung und einem Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Energieversorgung der elektrischen Einrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Anpassungsmittel, die die Energiezufuhr vom Modul (1) zur elektrischen Einrichtung in Abhängigkeit von einer momentanen vom Modul (1) der elektrische Einrichtung zur Verfügung stellbaren Energiemenge steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsmittel ausgebildet sind, die Energiezufuhr vom Modul (1) zur elektrischen Einrich tung in Abhängigkeit von einer momentanen vom Modul (1) der elektrischen Einrichtung zur Verfügung stellbaren Stromstärke steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsmittel ausgebildet sind, die Energiezufuhr vom Modul (1) zur elektrischen Einrichtung derart zu steuern, dass die Energie des Moduls (1) der elektrischen Einrichtung in zeitlichen Intervallen zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsmittel ausgebildet sind, die Länge der zeitlichen Intervalle in Abhängigkeit einer momentanen vom Modul (1) der elektrischen Einrichtung zur Verfügung stellbaren Stromstärke einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung ein elektrisches Messinstrument ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Messinstrument ausgebildet und vorgesehen ist, Temperatur, Druck, Durchflussmenge eines Mediums und/oder mechanische Schwingungen eines Gegenstandes zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Messinstrument ausgebildet und vorgesehen ist, Schwingungen einer bewegten, Reibungswärme erzeugenden Masse zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse eine Mehrzahl von Teilen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Messinstrument ausgebildet und vorgesehen ist, Wärmeströme für einen Heizkostenverteiler zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Messinstrument ausgebildet und vorgesehen ist, Temperaturdifferenzen zwischen einem Schmiermittel eines Motors und der Umgebung des Schmiermittels zu bestimmen.