DE2019637A1

DE2019637A1 - Thermoelement

Info

Publication number: DE2019637A1
Application number: DE19702019637
Authority: DE
Inventors: Peter Dann; Joachim Dr Rer Nat Hesse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-04-23
Filing date: 1970-04-23
Publication date: 1971-11-11

Description

Thermo element Bei der Verwendung von Thermoelementen zur Energieumwandlung in thermoelektrischen Generatoren wird ein möglichst hoher Wirkungsgrad angestrebt. Bekanntlich ist der Wirkungsgrad direkt proportional zur thermoelektrischen Effektivität z. Obwohl der Wirkungsgrad nicht nur durch die Effektivität bestimmt wird - beispielsweise wird der Wirkungsgrad durch thermische Nebenschlüsse herabgesetzt - ist man deshalb vor allem bemüht, thermoelektrische Materialien mit hoher Effektivität aufzufinden.
Es ist bekannt, zur Herstellung von Thermoelementen mit hohem Wirkungsgrad halbleitende Materialien zu verwenden. Insbesondere ist es auch bekannt, ein Thermoelement aus p- und n-leitendem P -Eisendisilizid herzustellen. Es wurde dabei aber nur ein relativ kleiner Wirkungsgrad erzielt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eigenschaften der vorgenannten Thermoelemente zu verbessern. Es wurde dabei überraschend eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades gefunden, wenn das Thermoelement gemäß der Erfindung aus einem p-leitenden Schenkel aus Chromdisilizid und einem-n-leitenden Schenkel aus 0 -Eisendisilizid besteht.
Das zur Erzeugung der n-Leitung mit Kobalt dotierte 0 -Eisendisilizid mit der allgemeinen Zusammensetzung Fe1 CO Si weist vorteilhaft einen Kobaltanteil im Bereich von x = 0,03 bis 0,07 auf. Der Wirkungsgrad erreicht einen maximalen Wert, wenn die Dotierungskonzentration entsprechend einem Wert von x = 0,05 im Ausgangsmaterial eingestellt wird.
Das Wesen der Erfindung soll anhand einer Figur erläutert werden.
Das Thermoelement 1 besteht aus einem p-leitenden Schenkel 2 und n-leitenden Schenkel 3, die erfindungsgemäß aus Chromdisilizid, das im allgemeinen nicht dotiert zu werden braucht, bzw.
mit Kobalt dotiertem ;-Eisendisilizid bestehen. In bekannter Weise wird die heiße Kontaktstelle 4 durch eine Brücke 5 gebildet, während an der kalten Kontaktstelle 6 Lötfahnen 7 in innigern Wärmekontakt mit den Thermoelementschenkeln stehen. Die Lötfahnen bestehen vorteilhaft aus Nickel, Nickel-plattiertem Kupfer oder aus Silber und können mittels eines Silber-Kupfer-Indium-Lotes gut sowohl mit Chromdisilizid als auch Eisendisilizid verlötet werden. Das vorgenannte Lot wird vorteilhaft in einer Zusammensetzung von 60 Gew. % Silber 27 Gew. % Tupfer 13 Gew. % Indium verwendet. Die Thermoelementschenkel und Brücken werden in bekannter Weise auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Brücke 5 aus vorzugsweise mit Kobalt hochdotiertem Eisendisilizid, wobei die Dotierungskonzentration bei Werten oberhalb von x = 0,1 liegt. Anstelle des Eisendisilizids ist aber auch Chromdisilizid brauchbar, wobei vorteilhaft das gleiche Material wie für den Thermoelementschenkel verwendet werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden diese Thermoelemente in gasbeheizten thermoelektrischen Generatoren umgesetzt. Die erfindungsgemäßen Materialien sind bis über 1000 K E unempfindlich gegenüber oxydierbaren Gasen. Weiterhin sind die Thermoelemente gemäß der Erfindung, insbesondere bei Verwendung einer Brücke aus dem gleichen Material wie einer der beiden Thermoelementschenkel, gegenüber selbst raschen Temperaturveränderungen mechanisch außerordentlich stabil.
Es sei noch erwähnt, daß bei einer Temperatur an der kalten Kontaktstelle von 325 ° K und bei einer Temperatur von 1000 an der heißen Kontaktstelle ein Wirkungsgrad von 4 % gemessen wurde. Bei Verkleinerung der thermischenXNebenschlüsse ist ein Wirkungsgrad von 6 % zu erwarten.

Claims

Patentansprüche:

Thermoelement aus Halbleitermaterial mit einem p- und n-leitenden Thermoelementschenkel, dadurch gekennzeichnet, daß der p-leitende Schenkel aus Chromdisilizid und der n-leitende Schenkel aus P -Eisendisilizid besteht.
2) Thermoelement nach Anspruch X, dadurch gekennzeichnet, daß der n-leitende Schenkel aus mit Kobalt dotiertem -Eisendisilizid der Zusammensetzung Fe1 xCOxSi2 besteht.
3) Thermoelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kobaltanteil im Bereich von x = 0,03 bis 0,07 liegt.
4) Thermoelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kobaltanteil x = 0,05 beträgt
5) Thermoelement nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Thermoelementschenkel an der heißen Kontaktstelle verbindende Brücke aus hochdotiertem Eisendisilizid besteht.
6) Thermoelement nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Thermoelementschenkel an der heißen Kontaktstelle verbindende Brücke aus Chromdisilizid besteht.
7) Thermoelement nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Thermoelemente für einen gasbeheizten thermoelektrischen Generator dienen.