DE1174864B

DE1174864B - Thermogenerator mit Einzelkuehlung der Elemente

Info

Publication number: DE1174864B
Application number: DES64268A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Haenlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-08-04
Filing date: 1959-08-04
Publication date: 1964-07-30
Also published as: GB914761A

Description

Thermogenerator mit Einzelkühlung der Elemente Thennogeneratoren stellen elektrische Energie direkt aus heißen Gasen oder Flüssigkeiten mit Hilfe von Thermoelementen - insbesondere solchen aus Halbleitern - her. Der Wirkungsgrad hängt von der Temperaturdifferenz zwischen den kalten und warmen Verbindungsstellen der Thermoelemente ab, die deshalb möglichst hoch gewählt werden soll.
Bisher wurden im allgemeinen bei Thermogeneratoren alle kalten Verbindungsstellen der Thermoelemente durch einen und denselben Luftstrom hintereinander gekühlt, so daß die Kühlwirkung an der Eintrittsstelle des Luf tstromes am stärksten ist; damit ist auch die thermische Leistung jedes Elementes verschieden.
Es sind jedoch auch ältere Vorschläge bekannt geworden, bei denen jeder kalten Verbindungsstelle einer Thermosäule ein eigener Kühlluftstrom zugeführt wird, der durch Aufteilung der gesamten anfallen-den Frischluft gewonnen ist, und bei denen die vorerwähnte Frischluft dem Verbrennungsprozeß zugeführt wird, welche die Heißgase zur Erwärmung der heißen Verbindungsstellen liefert.
Auch sind schon Halbleiter als Material für Thermoelementschenkel bekannt.
Bei dem thermoelektrischen Generator nach der Erfindung ist dieser Nachteil vermieden; er besteht aus einem einzigen Thermoelement oder einer elektrischen Reihenschaltung mehrerer gleicher Thermoelemente, deren Schenkel aus rohr- bzw. ringförmigen Körpern bestehen, bei dem die Kaltkontaktstellen eines jeden Schenkelkörpers durch einen eigenen Luftstrom, welcher durch diesen Kühlvorgang eine Vorerwärmung erfährt und dem Verbrennungsprozeß, durch dessen Wärmeenergie die Heißkontaktstellen der Schenkelkörper erwärmt werden, als Frischluft zugeführt wird, gekühlt werden.
Gemäß der Erfindung besteht jeder Schenkelkörper in bei thermoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise aus Halbleitermaterial, ferner ist jeder Schenkelkörper sowohl an der Kalt- als auch an der Heißkontaktstelle in bei thermoelektrisehen Generatoren anderer Bauart ebenfalls bekannter Weise durch elektrisch und thermisch gut leitende Ansatzstücke gleichen Ouerschnitts geradlinig verlängert; weiterhin sind die Ansatzstücke ring- bzw. rohrförmig gestaltet und in bei thermoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise durch elektrisch und thermisch gut leitende Kontaktblöcke wechselweise miteinander zu einer Reihenschaltung verbunden, ferner ist im Inneren des an die Heißkontaktstelle anschließenden Verlängerungsstücks eines jeden Schenkelkörpers ein nur dieses Ansatzstück beheizender Brenner angeordnet, und letztlich ist das aus dem Schenkelkörper und den beiden Ansatzstükken bestehende schomsteinartige Rohr in Richtung der Schwerkraft so angeordnet, daß die Heißkontaktstelle über der Kaltkontaktstelle liegt, so daß die an der Kaltkontaktstelle vorerwärmte Frischluft durch die Schornsteinwirkung jedem# Brenner automatisch zuströmt.
Der Hohlraum jedes Schenkels kann mit der Außenluft in Verbindung stehen. Bei dem Generator kann in den Hohlraum eines jeden Schenkels eine Kühlgasleitung führen. Es kann auch in den Hohlraum eines jeden Schenkels eine Verbrennungsgasleitung führen. Der Verbrennungsgasleitung kann ein Gas-Luft- oder Gas-Sauerstoff-Gemisch zugeführt sein. In den Hohlraum eines jeden Schenkels kann eine in Achsrichtung verlaufende Zwischenwand zur Bildung getrennter Kanäle für Brenngas oder Brennflüssigkeit und Luft oder Sauerstoff eingebaut sein, die aus dem gleichen Halbleiterinaterial wie der Schenkel besteht. In dem heißen Ende jedes - Schenkeleinzelkörpers kann mindestens ein Brenner- angeordnet sein, der in bei thermoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise für Gase oder Flüssigkeiten als Brennstoffe vorgesehen ist. Es kann aber auch in der Nähe der heißen Verbindungsstelle eines jeden Schenkels mindestens ein Brenner - insbesondere ein Ölbrenner - angeordnet sein. Es kann auch in der Nähe der heißen Verbindungstelle eines jeden Schenkels eine Haube mit öffnungen zum Abzug der Heizgase - gegebenenfalls mit Umleitungen - angeordnet sein, die gut wärmeleifend mit der heißen Verbindungsstelle oder mit den Verbindungsbrücken derselben in Verbindung steht. Der Hohlkörper eines jeden Schenkels im Bereich der heißen Verbindungsstelle oder die Haube kann auch als Brenner ausgebildet sein. In bei thermoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise kann die für die Verbrennung benötigte Frischluft zur Vorerwürmung auf zwei aufeinanderfolgenden Bahnen an den kalten Verbindungsstellen vorbeigeführt sein.
Die Frischluft kann zunächst auf einer alle kalten Verbindungsstellen nacheinander erfassenden Bahn geführt und anschließend in parallele Strömungsbahnen aufgeteilt und jeder kalten Verbindungsstelle einzeln zugeführt sein. In bei thermoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise können die heißen Abgase zum Betrieb weiteren therinoelektrischen Generatoren zugeleitet sein.
Dieser neuartige Thermogenerator gestattet es, die direkte Umwandlung von Wärme in Elektrizität bei hohem Wirkungsgrad vorzunehmen. Dazu tragen neben der Verwendung von Halbleiterrnaterial als Thermoelementschenkel die Ausbildung dieser Schenkel als Röhren, die Verwendung von Brennern im Inneren jedes rohrförmigen Elementes, die gleichmäßig verteilt untergebracht sind, die Vorwärmung der für die Verbrennung benötigten Luft und die Schornsteinwirkung der einzelnen rohrförmigen Elemente bei.
Die Kombination dieser einzelnen Merkmale in der beschriebenen Art gibt einen thermoelektrischen Generator von besonders hohem Wert, wie er beispielsweise zur ruhenden Elektrizitätserzeugung auf Spezialschiffen, in einsamem Gelände u. ä. mit besonderen Vorteilen zu verwenden ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 sind die Einzelkörper der Thermoelemente bezeichnet. An beiden Enden sind, beispielsweise metallische, gut wärmeleitende Hohlzylinder 2, 3 fest angebracht, z. B. durch Verlöten. Die einzelnen Zylinder sind durch Brücken 4, 5 in diesem Beispiel so miteinander verbunden, daß durch die Mäanderform eine elektrische Hintereinanderschaltung entsteht. An der »heißen« Verbindungsstelle ist im Inneren des entsprechenden zylindrischen Teiles ein kleines Röhrchen 6 eingesetzt, das dem Brenner 7 den für die Erwärmung dieser Stelle erforderlichen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff zuführt. Die Luft wird in diesem Beispiel bei A angesaugt, sie unterhält die Verbrennung beim Brenner 7; die heißen Abgase treten bei B ins Freie.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt, es kann beispielsweise Kühlluft oder ein anderes Kühlgas bei A zugeführt werden, oder es können Mischgase dort einströmen und an der heißen Verbindungsstelle verbrannt werden.
Auch bei Geräten, in denen mit einem zugeführten Strom Kälte und Wärme erzeugt und ausgenutzt wird, kann die vorliegende Erfindung gleichfalls mit Vorteil Anwendung finden, wobei unter Umständen in den einzelnen rohrförmigen Halbleiterthermoelement-Einzelkörpern Trennwände (auch senkrecht zur Achse) und zusätzliche öffnungen zur Trennung von kaltem und warmem Bereich vorgesehen sein können. Die angegebenen Halbleitertherrnoelement-Einzelkörper brauchen keine kreisrunden Querschnitte oder Bohrungen zu besitzen, sondern können auch be- liebige andere QueAchnitte haben.

Claims

Patentanspräche: 1. Thermoelektrischer Generator, bestehend aus einem einzigen Thermoelemmt oder einer e-lektrischen Reihenschaltung mehrerer gleicher Thermoelemente, deren Schenkel aus rohr- bzw. ringförmigen Körpern bestehen, bei dem die Kaltkontaktstellen eines jeden Schenkelkörpers durch einen eigenen Luftstrom, welcher durch diesen Kühlvorgang eine Vorer-wärinung erfährt und dem Verbrennungsprozeß, durch dessen Wärmeenergie die Heißkontaktstellen der Schenkelkörpererwärmt werden, als Frischluft zugeführt wird, gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schenkelkörper in bei therrnoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise aus Halbleiterrnaterial besteht, daß ferner jeder Schenkelkörper sowohl an der Kaltals auch an der Heißkontaktstelle in bei thermoelektrischen Generatoren anderer Bauart ebenfalls bekannter Weise durch elektrisch und thermisch gut leitende Ansatzstücke gleichen Querschnitts geradlinig verlängert ist, daß weiterhin die Ansatzstücke ring- bzw. rohrförrnig gestaltet sind und in bei thennoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise durch elektrisch und thermisch gut leitende Kontaktblöcke wechselweise miteinander zu einer Reihenschaltung verbunden sind, daß ferner im Inneren des an die Heißkontaktstelle anschließenden Verlängerungsstücks eines jeden Schenkelkörpers ein nur dieses Ansatzstück beheizender Brenner angeordnet ist und daß letztlich das aus dem Schenkelkörper und den beiden Ansatzstücken bestehende schernsteinartige Rohr in Richtung der Schwerkraft so angeordnot ist, daß die Heißkontaktstelle über der Kaltkontaktstelle hiegt, so daß die an der Kaltkontaktstelle vorerwärmte Frischluft durch die Schornsteinwirkung jedem Brenner automatisch zuströnit.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Hohlraum jedes Schenkels mit der Außenluft in Verbindung steht. 3. Generator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum eines jeden Schenkels eine Kühlgasleitung führt. 4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum eines jeden Schenkels einee Verbrennungsgasleitung führt. 5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbwnnungsgasleitung ein Gas-Luft- oder Gas-Sauerstoff-Gemisch zugeführt ist. 6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum eines jeden Schenkels eine in Achsrichtung verlaufende Zwischenwand zur Bildung getrennter Kanäle für Brenngas oder Brennflüssigkeit und Luft oder Sauerstoff eingebaut ist, die aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Schenkel besteht. 7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem heißen Ende jedes Schenkeleinzelkörpers mindestens ein Brenner angeordnet ist, der in bei thennoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise für Gase oder Flüssigkeiten als Brennstoffe vorgesehen ist. 8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der heißen Verbindungsstelle eines jeden Schenkels mindestens ein Brenner - insbesondere ein Öl- brenner - angeordnet ist. 9. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der heißen Verbindungsstelle eines jeden Schenkels eine Haube mit öffnungen zum Abzug der Heizgase - gegebenenfalls mit Umleitungen - angeordnet ist, die gut wärmeleitend mit der heißen Verbindungsstelle oder mit den Verbindungsbrücken derselben in Verbindung steht. 10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9-, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eines jeden Schenkels im Bereich der heißen Verbindungsstelle oder die Haube als Brenner ausgebildet ist. 11. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in bei thennoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise die für die Verbrennung benötigte Frischluft zur Vorerwärmung auf zwei aufeinanderfolgenden Bahnen an den kalten Verbindungsstellen vorbeigeführt ist. 12. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft zunächst auf einer alle kalten Verbindungsstellen nacheinander erfassenden Bahn geführt und anschließend in parallele Strömungsbahnen aufgeteilt und jeder kalten Verbindungsstelle einzeln zugeführt ist. 13. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in bei thennoelektrischen Generatoren anderer Bauart bekannter Weise die heißen Abgase zum Betrieb weiteren Thermogeneratoren zugeleitet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 87 533, 542 430; deutsche Auslegeschrift Nr. 1040 054; französische Patentschriften Nr. 361433, 1165740.