DE2322919A1 - Thermoelektrisches element - Google Patents

Description

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Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62

B 6060

Kurt LANDECKER, 157 Marsh Street, Armidale, New South Wales, AUSTRALIEN

Thermoelektrisches Element

Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Element mit einem N-Leiter und einem P-Leiter, welche an einer Arbeitsverbindungsstelle miteinander verbunden sind und an eine äußere Stromquelle oder eine elektrische Ladung durch Verbindungsmittel, welche eine nichtarbeitende Verbindungsstelle hervorrufen, anschließbar sind.

Die Erfindung betrifft thermoelektrische Elemente derart, welche aus

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zwei unterschiedlichen Leitern, Halbleitern oder intermetallischen Verbindungen, welche im folgenden entsprechend als N- und P-Leiter bezeichnet sind, bestehen. Die beiden Leiter sind normalerweise mittels eines Zwischenleiters miteinander verbunden und bilden hier eine Arbeitsverbindungsstelle.

Wenn ein elektrischer Strom durch die N- und P-Leiter hindurchgeschickt wird, so daß er durch die Arbeitsverbindungsstelle von einem Leiter zum anderen fließt, nimmt die Verbindungsstelle eine Temperaturdifferenz an, welche sich von den Teilen, die von den N- und P-Leitern entfernt liegen, unterscheidet. Die Temperatur der Arbeitsverbindungsstelle steigt oder fällt in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses.

Wenn andererseits die Arbeitsverbindungsstelle bezüglich der von den N- und P-Leitern entfernt liegenden Teilen erhitzt oder gekühlt wird, ergibt sich eine Potentialdifferenz im Element, so daß, wenn die Leiter an einen geeigneten Stromkreis angeschlossen werden, ein Stromfluß erzeugt wird. Die Richtung des Stromflusses hängt hinwiederum davon ab, ob die Arbeitsverbindungsstelle erhitzt oder gekühlt wird.

Derartige thermoelektrische Elemente sind bekannt und werden einerseits dazu benutzt, um ein äußeres Medium zu erhitzen oder zu kühlen oder um Wärme von einem Medium auf ein anderes zu übertragen und andererseits um Elektrizität zu erzeugen.

Um den Stromkreis für den Stromfluß zu vervollständigen, muß bei Anwendung des thermoelektrischen Elementes wenigstens eine weitere oder nicht arbeitende Verbindung vorgesehen sein. Normalerweise enthält die nicht arbeitende Verbindungsstelle entweder die Mittel zur Aufrechterhaltung eines Stromflusses oder eine elektrische Ladung, welche vom Element geliefert wird.

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In der Praxis ist die nicht arbeitende Verbindungsstelle in der Umgebung entfernt von oder isoliert von den Teilen, an welchen die arbeitende Verbindungsstelle angebracht ist. Jede Verbindung kann so ausgebildet sein, daß sie aus den sie umgebenden Teilen Wärme verbraucht bzw. absorbiert.

Aus dem vorstehenden wird klar, daß thermoelektrische Elemente in einer oder zwei verschiedenen Betriebsweisen verwendet werden können. Elemente, welche wirksam in einer Betriebsweise betrieben werden können, sind dementsprechend auch wirksam, wenn sie in der anderen Betriebsweise verwendet werden. Deshalb soll die folgende Beschreibung eines thermoelektrischen Elementes keinen Unterschied machen zwischen den beiden Betriebsweisen.

Bei einer herkömmlichen Form eines thermoelektrischen Elementes sind die N- und P- Leiter in der Form von zylindrischen oder prismatischen Stäben mit gleichförmigem Querschnitt und gleichen Abmessungen ausgebildet und miteinander an der Arbeitsverbiiidimgsstelle mittels eines festen Brückenleiters verbunden. Hierzu ist das eine Ende eines jeden N- und P-Leiters an dem Brtickenleiter angelötet. Die anderen Enden der Leiter sind mittels eines äußeren StromkreiseSj der eine Gleichstromquelle aufweist, miteinander verbunden. Die beiden N- und P-Leiter sind Seite an Seite angeordnet und parallel zueinander.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein thermoelektrisches Element der eingangs genannten Art, welches mit einem Nebenschlußleiter versehen ist, der parallel zur Arbeitsverbindungsstelle einen Nebenschlußweg für einen Leckstrom zwischen den N- und P-Leitern bildet. Wenn nun ein derartiger Nebenschlußleiter vorgesehen ist, wird hauptsächlich die Wirkungsweise des Elementes, insbesondere dann wenn ein nicht begrenzter Kontakt zwischen ihm selbst und den N- und P-Leitern entlang dem größten Teil

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der Länge der N- und P-Ljeiter vorgesehen ist, wesentlich verbessert. .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Wirksamkeit eines thermoelektrischen Elementes noch wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem the rmoelektrischen Element der eingangs genannten Art, insbesondere bei einem solchen, welches wenigstens einen Nebenschlußleiter aufweist, der parallel zur Arbeitsverbindungsstelle einen Nebenschluß für einen Leckstrom bildet, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, welche den Nebenschlußleiter auf einem Potential halten, das zwischen den unterschiedlichen Potentialen der N- und P-Leiterenden liegt.

Bei Versuchen, welche zu vorliegender Erfindung geführt haben, wurde als Erkenntnis gewonnen, daß sich die Wirksamkeit des thermoelektrischen Elementes wesentlich erhöhen läßt, wenn der Nebenschlußleiter auf einem solchen Potential gehalten wird, daß der Leckstrom vom N-Material in den Nebenschlußleiter und vom Nebenschlußleiter in den P-Leiter fließt (es ist angenommen, daß die Flußrichtung in Übereinstimmung mit der Konvention von einem Punkt eines nominell positiven Potentials zu einem Punkt eines nominell negativen Potentials verläuft), d. h. wenn der Nebenschlußleiter auf einem Potential liegt, das zwischen den unterschiedlichen Potentialen der N- und P-Leiterenden liegt. *

Um nun ein entsprechendes Potential für den Nebenschlußleiter gemäß den vorstehenden Ausführungen zu erhalten, kann der Nebenschlußleiter an ein Spannungsteilernetzwerk angeschlossen sein, das parallel zur Spannungsquelle für das thermoelektrische Element ist. Es ist auch möglich, das Potential für den Nebenschlußleiter mittels einer elektrolytischen Zelle aufrechtzuerhalten. Wenn die Potentiale der N- und P-Leiter über und un-

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ter dem Erdpotential liegen, kann der Nebenschlußleiter auch geerdet sein.

In neuerer Zeit wurde vorgeschlagen, einen Nebenschlußleiter in Form eines Filmes aus Silber oder einem anderen Material, der die N- und P-Leiter überbrückt, zu benützen. Dieser Film wird hierbei an die bloßgelegten Oberflächen der N- und P-Leiter angebracht.. Es ist jedoch schwierig, bei einem derartigen Film genaue Querschnittsabmessungen zu erhalten. Von diesen Querschnittsabmessungen ist die thermische und elektrische Leitfähigkeit abhängig. Für die maximale Wirksamkeit von bestimmten thermoelektrischen Elementen sind jedoch die Leitfähigkeitswerte der Nebenschlußleiter von Bedeutung. Bevorzugt kommen daher bei vorliegender Erfindung Drähte oder drahtähnliche Nebenschlußleiter innerhalb der N- und P-Leiter, welche mit den N- und P-Leitern die Form von länglichen Stäben aufweisen, zur Anwendung. Die Nebenschlußleiter sind hierbei in feinen Bohrungen bzw. Hohlräumen, welche sich längs der N- und P-Leiter erstrecken, untergebracht. Die Richtung der Leiter ist die Warm-zu-kalt-Richtung.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll an Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Frontansicht eines thermoelektrischen Elementes;

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform; ■

Fig. 2a eine geschnittene Ansicht des Bodenteiles einer dritten Ausführungsform;

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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines teilweise geformten Neberischlußleiters, der eine Komponente der zweiten und dritten Ausführungsform ist;

Fig. 4 eine Ansicht von unten einer vierten Ausführungsf ormj

Fig. 4a eine schnittbildliche Ansicht der vierten Ausführungsform entlang der Linie A-A in der Fig. 4.

Fig. 5 eine schnittbildliche Ansicht einer fünften Ausführungsform;

Fig. 5a eine schnittbildliche Ansicht der fünften Ausführungsform entlang der Linie A-A in der Fig. 5;

Fig. 6 eine Frontansicht eines herkömmlichen Zweistuf enkaskadentypes eines thermoelektrischen Elementes;

Fig. 7 eine Frontansicht einer sechsten Ausführungsform, welche ein Element des Types der Fig. 6 ist, wobei dieses Element jedoch gemäß der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 7a eine Ansicht von oben von der Linie A-A in der Fig. 7 ausgenommen;

Fig. 7b eine schnittbildliche Ansicht entlang der Linie B-B der Fig. 7a;

Fig. 7c eine Ansicht von unten von der Linie C-C in de»r Fig. 7 ausgenommen.

In den Figuren sind N- und P-Halbleiter mit N und P bezeichnet und außerdem sind in den gesamten Figuren sich entsprechende Komponenten mit

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den gleiche.n Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel in seiner einfachsten Ausführungsform dargestellt, wobei jedoch das Fundamentale der Erfindung zum Ausdruck kommt. Dieses Thermoelement enthält N- und P-Leiter, die Seite an Seite angeordnet sind und am kalten Ende (wie dargestellt) mittels einer Endplatte, bevorzugt aus Kupfer, miteinander verbunden sind. Diese miteinander verbundenen Enden bilden die Arbeitsverbindungsstelle des Elementes.

Die anderen Enden der N- und P-Leiter sind verschweißt oder sonstwie eng mit Anschlußplatten 14, welche mit Positivzeichen und Negativzeichen (+, -) markiert sind, verbunden. Diese Anschlußplatten 14 können an eine Gleichstromquelle entsprechend ihrer Polarität angeschlossen werden. Bezüglich des zweiten Merkmales der Erfindung erstreckt sich ein Nebenschlußleiter durch feine Bohrungen, welche sich durch die N- und P-Leiter in ihrer Längsrichtung ausdehnen (dies ist die Heiß-zu-kali-Eichtung).

Der Leiter 12 besteht beispielsweise aus drei lose miteinander verdrillten feinen Drähten. Drei Stränge von 0, 25 mm Durchmesser Draht können in einem Hohlraum von 1 mm Durchmesser befestigt sein. Die drei Stränge sind bevorzugt vor ihrem Einbringen mit kolloidalem Silber bestrichen worden. Die Verdrillung erlaubt es, daß das Silber sehr fest an den Strängen haftet,und auch nach der Einfügung ist ein guter Kontakt mit den Wänden des Hohlraumes gewährleistet.

Bezüglich des ersten Merkmales der Erfindung ist der Nebenschlußleiter mit seinem Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt eines weiteren Drahtes 13 mit geringem Durchmesser verbunden. Dieser Draht 13 erstreckt sich von der einen Anschlußplatte 14 zu der anderen und bildet ein Spannungsteilernetzwerk.

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Bei der Ausführungsform in^der Fig. 2 ist der verdrillte-Nebenschlußleiter 12 der Fig. 1 ersetzt durch einen Leiter 12A, der aus einem feinen Maschendraht 15 besteht (es kommen hierbei ungefähr 200 Maschen pro 2/5 cm zur Anwendung). Der Maschendraht besteht beispielsweise aus Kupfer oder Bronze und ist um einen nachgiebigen bzw. flexiblen isolierenden Kern« 16 ohne Überlappung gelegt. Als geeigneter Isolierkern eignet sich beispielsweise die äußere Kunststoff isolierung eines Schaltdrahtes. Der Maschendraht 15, der einen dünnen metallischen Zylinder bildet, ist vorzugsweise mit kolloidalem Silber beschichtet und in die Hohlräume in den N- und P-Leitern gezogen. Die Hohlräume besitzen Durchmesser von beispielsweise 2, 5 mm und der Maschendraht ist, bevor das Silber genügend Zeit zum Trocknen hatte, eingezogen worden. Das Silber füllt die Öffnungen der Maschen,und die Haftung an den Wänden der Hohlräume ist so stark, daß, nachdem die Silbersuspension ausgetrocknet, es nahezu unmöglich ist, den Leiter und den Kunststoffkern wieder herauszuziehen.

Der Vorteil der Nebenschlußleiter 12 und 12A im Vergleich zu einem Oberflächenfilm liegt hauptsächlich darin, daß der Querschnitt sowohl der verdrillten Drähte als auch des Maschendrahtes mit einem höheren Grad an Genauigkeit, beispielsweise mittels eines Mikrometers, vorher gemessen werden kann. Diese Messung ist von großer Bedeutung, da es möglich ist, , den optimalen Querschnitt des Leiters ausgedrückt als Bruch des Querschnittes des N- bzw. P-Leiters zu berechnen. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Metall zu Wismuttellurid bezüglich der Durchschnittswerte der elektrischen und Wärmeleitfähigkeit des Metalls und des Wismuttellurid 3/1000, wovon man sich leicht in der Praxis überzeugen kann. Diese Messung läßt sich jedoch bei einem Oberflächenfilm nur sehr schwer durchführen.

Allgemein kann gesagt werden, daß der Nebenschlußleiter 12 für dünne

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N- bzw. P-Leiter und der Nebenschlußleiter 12A für schwerere N- und P-Leiter verwendet werden kann.

Am kalten Ende eines jeden N- bzw. P-Leiters ist der Nebenschlußleiter bzw. 12A in bevorzugter Weise mit der Endfläche des N- bzw. P-Leiters bündig abgeschnitten. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß der Nebenschlußleiter jedoch die Kupferendplatte 11 nicht berührt. Bevorzugt ist daher der Mittelbereich der Fläche mittels eines Papierringes 16 von der Endplatte ab isoliert. Andererseits soll jedoch der Nebenschlußleiter in Kontakt liegen mit der Wand des Hohlraumes und zwar im wesentlichen längs der Gesamtlänge. In manchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, einen Kontakt zwischen Metall und Wismuttellurid entlang einer kurzen Strecke nahe am heißen Ende des Stabes zu wmindsrn. Dies kann dadurch erzielt werden, daß der Hohlraum erweitert ist, so daß eine isolierende Hülse 17, wie es in der Fig. 2A dargestellt ist, zwischengeschoben werden kann.

Bei der Ausführungsform in der Fig. 1 kann der Nebenschlußleiter 12 direkt an den Draht 13, der den Spannungsteiler bildet, angeschlossen werden. Im allgemeinen wird diese Verbindung jedoch mittels eines oder mehrerer Abgriffe 18, wie es in anderen Figuren dargestellt ist, erzielt.

Bevorzugt enthält der Draht 13, welcher den Spannungsteiler bildet, eine oder mehrere Litzen von dünnen Kupferdrähten. Sein Strombedarf ist vernachlässigbar. Darüber hinaus kann er jedoch in ein heißes Reservoir eingetaucht sein. Im allgemeinen wird der Mittelpunkt des Nebenschlußleiters mit dem Mittelpunkt des Spannungsteilerleiters verbunden sein. Jedoch ist dies nicht immer so, da die Verbindung auch an Punkten vorgenommen werden kann, welche nicht exakt mit den Mittelpunkten zusammenfällt. Die Anschlußpunkte können somit auch in der Nachbarschaft der Mittelpunkte liegen, insbesondere dann, wenn Differenzen bezüglich der Leitfähigkeiten

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der beiden Arme des Spannungsteilers auftreten. Im folgenden wird jedoch der Einfachheit halber angenommen, daß der Anschlußpunkt exakt in den Mittelpunkten der entsprechenden Leiter, welche die Spannungsteiler bilden, liegt.

Im folgenden soll die Wirkung des metallischen Nebenschlußleiters, der zur Verbesserung des thermoelektrischen Elementes insgesamt dient, beschrieben werden.

Der Querschnitt des metallischen Nebenschlußleiters ist so berechnet, daß die Wärmeleitung und die Wärmeentwicklung (Joule?sche Wärme) für den zusammengesetzten Leiter - Metall + Wismuttellurid - ein Minimum sind, d.h. ihr Produkt ist kleiner als die gleichen Größen für die Teile. Diese Bedingung ist in erster Linie unabhängig von den thermoelektrischen Eigenschaften der Arme. Jedoch in Verbindung mit dem Peltier-Effekt erlaubt die Ersparnis in Joule¹ scher Wärme eine Entwicklung einer größeren Temperaturdifferenz über die Thermo-Verbindungsstelle hin verglichen zur Temperaturdifferenz, welche von einer herkömmlichen Verbindungsstelle erzielt wird.

Jedoch wird die Anwesenheit des Nebenschlußleiters allein noch nicht ausreichen, um eine maximale Verbesserung des Elementes zu erzielen, wenn die Ströme im metallischen Nebenschlußleiter in einer Richtung fließen, die entgegengesetzt ist, zu den Strömen im Wismuttellurid bzw. anderen Halbleitern, welche den Hauptbestandteil der Elementenarme bilden. Ein derartiges Flußbild wird jedoch durch das Spannungsteilernetzwerk erreicht.

Die Wirkungsweise des thermoelektrischen Elementes gemäß der Erfindung soll in verschiedener Weise beschrieben werden: Es ist zu bedenken, daß, wenn man als Beispiel den N-Arm des Elementes nimmt, alle Strom-

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linien den Halbleiter verlassen und in das Metall einlaufen, welches mit negativer Peltier-Wärme - das ist "kalt" - an der Grenzschicht angeordnet ist. Das gleiche gilt für den P-Arm, wenn man bedenkt, daß hier die Stromträger positive Größen (Löcher) sind. Dieser Mechanismus würde nicht so wirken wie er beschrieben ist (ausgenommen vielleicht in Zukunft mit kristallinen Materialien), wenn die metallischen Nebenschlußleiter elektrisch schwebend wären, d. h. wenn sie nicht mit einem Spannungsteiler verbunden sind.

Die soeben beschriebene Wirkung ist in keiner Weise abhängig von der Gestalt der Nebenschlußleiter (Drähte, Folien, Maschendrähte usw.). Darüber hinaus können die Leiter in die N- und P-Leiter eingegossen sein, und zwar durch Zusammenpressen und Sintern. Es können auch Oberflächenfilme verwendet werden, wenn dies erwünscht ist, jedoch eignen sich diese weniger als Leiter im Innern der N- und P-Leiter.

Ein wesentlicher Vorteil ist der, daß die metallischen Nebenschlußleiter sehr nahe eine äquipotentiale Oberfläche bilden und daß die Stromverteilung entlang dieser Oberfläche kontinuierlich ist. Dies ist in Übereinstimmung mit einem bekannten thermodynamischen Prinzip,gemäß dem die Koordinaten einer Wärmemaschine in infinitesimalen Schritten sich ändern müssen, d.h. es treten keine plötzlichen oder diskreten Schritte auf, wenn man angenähert eine ideale Maschine - eine Carnot-Maschine - erzielen will.

Eine Endplatte 11 kann als gemeinsame kalte Verbindungsstelle für mehrere Paare von N- und P-Leitern dienen, wobei diese Leiter ihre Nebenschlußleiter enthalten und an den Strömen aller Paare teilhaben.

Es sei darauf hingewiesen, daß nicht nur Silber (bzw. Kupfer) und Wismuttellurid die einzigen Substanzen sind, welche für den Aufbau eines Elemen-

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tes gemäß der Erfindung geeignet sind.

Es können hierzu auch andere Substanzen verwendet werden,und es ist denkbar, daß hierunter Substanzen sich befinden, welche eine noch höhere Wirkung in Verbindung mit der Erfindung hervorrufen.

Es ist auch nicht notwendig, daß die thermoelektrischen Elemente die herkömmlichen Formen, welche in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, aufweisen und welche charakterisiert sind durch die Verwendung von runden oder prismatischen Stäben aus thermoelektrischen Materialien. Die Stäbe können beispielsweise auch durch runde Scheiben ersetzt sein, in denen die Stromflüsse sich entweder radial nach auswärts vom Mittelpunkt aus zur Peripherie oder radial von der Peripherie zum Mittelpunkt hin verlaufen. Eine derartige Ausbildung mit einem Stromfluß, der radial nach außen gerichtet ist, ist in den Fig. 4 und 5 für zwei verschiedene Ausführungsbeispiele einer Kupfer endplatte dargestellt.

In der Fig. 4 sind ringförmige N- und P-Leiter 12B an ihren äußeren Umfangen bzw. an ihrer äußeren Peripherie mit einer Verbindungsstelle oder einer "End"-Platte 11A verbunden. Die inneren Enden der Anschlußplatten 14A und die innere Oberfläche der ringförmigen Leiter sind von der Platte HA durch isolierende Scheiben 20 isoliert.

Jeder ringförmige Leiter 12B enthält zwei Scheiben aus N- bzw. P-Material mit einem Nebenschlußleiter 12C in Form einer Maschendrahtscheibe, welche in Sandwich-Bauweise zwischengelegt ist.

Die äußeren Scheiben sind durchbohrt, damit die Leiter für die Abgriffe 18 von den Nebenschlußleitern 12B zum Spannungsteiler 13 geführt werden können.

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Die Ausführungsform in der Fig. 5 ist ähnlich, jedoch sind die ringförmigen N- und P-Leiter an entgegengesetzten Seiten einer Verbindungsplatte HB angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Widerstand entsprechend der Plattenform HB extrem gering, jedoch ist es im allgemeinen notwendig, einen Ansatz 21 an der Endplatte bzw. an der Verbindungsplatte vorzusehen, um vom Kühleffekt Gebrauch zu machen.

Die Nebenschlußleiter 12C sind Folien oder Ringe aus Maschendraht, welche auf die Flächen der ringförmigen N- und P-Leiter aufgebracht sind. Im übrigen entsprechen die Komponenten der Ausführungsform in der Fig. denen in der Ausführungsform der Fig. 4 und brauchen hier im einzelnen nicht näher beschrieben zu werden. Sie sind außerdem mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Erfindung kann beispielsweise bei einem Element nach dem Kaskadentyp zur Anwendung kommen.

Dies ist in den Fig. 7, 7a, 7b und 7c dargestellt. Ein herkömmlicher Grundaufbau einer Zweistufenendkaskade ist in der Fig. 6 dargestellt, Wenn die beiden N- und P-Stäbe gleiche Widerstände aufweisen, dann sind die Potentialabfälle an allen Unterelementen die gleichen. Durch "Falten" der Kaskade in der Fig. 6 entlang der Linie x-x kann ein sehr kompakter Aufbau erzielt werden. Dieser wird noch erhöht wenn die nicht notwendigen Zwischenräume zwischen den N- und P-Leitern des gleichen Potentials beseitigt werden. Eine derartige Anordnung ist in den Fig. 7, 7a, 7b und 7c dargestellt.

Die Lage der Nebenschlußleiter, der Leiter für die Abgriffe und der Leiter des Spannungsteilers ist in diesen Figuren klar dargestellt und benötigt daher keine weitere Beschreibung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß

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ein besonderes Merkmal von Vorteil ist bezüblich einer wirkungsvollen Betriebsweise des Thermoelementes. Dieses Merkmal betrifft die Lage der metallischen Nebenschlußleiter in zwei langen N- und P-Stäben. Wie in den Figuren dargestellt, erstrecken sich die Nebenschlußleiter von der ersten zur zweiten Stufe der Kaskade ohne eine Unterbrechung. Die Verbindung der Spannungsteiler ist in der Fig. 7c, welche die Ansicht von unten zeigt, klar angedeutet.

Die Mittel, welche in den vorstehenden Ausführungen zur Verbesserung von Peltier-Platten beschrieben worden sjnd, können natürlich auch zur Verbesserung von thermoelektrischen Verbindungen zur Erzeugung von elektrischen Spannungen bzw. von elektrischer Energie dienen.

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Claims (17)

1. Patentansprüche

   1/ Thermoelektrisches Element mit einem N-Leiter und einem P-Leiter, welche an einer Arbeitsverbindungsstelle miteinander verbunden sind und an eine äußere Stromquelle oder eine elektrische Ladung durch Verbindungsmittel, welche eine nichtarbeitende Verbindungsstelle hervorrufen, anschließbar sind und mit wenigstens einem Nebenschlußleiter, der einen Nebenschlußweg für einen Leckstrom parallel zur Arbeitsverbindungsstelle bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12, 12A, 12B, 12C) auf einem Potential gehalten ist, das zwischen den unterschiedlichen Potentialen der N- und P-Leiterenden liegt.
2. 2. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler (13) den Nebenschlußleiter (12) auf seinem Potential hält.
3. 3. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12, 12A, 12B, 12C) entlang des größten Teiles seiner größten Ausdehnung mit den N- und P-Leitern in Verbindung steht.
4. 4. Thermoelektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsverbindungsstelle eine Endplatte (11) enthält, welche mit den N- und P-Leitern verbunden ist.
5. 5. Thermoelektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12, 12A, 12B, 12C) einen Silberüberzug aufweist.
6. 6. Thermoelektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche,

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   dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Nebenschlußleiters (12, 12A, 12B, 12C) so bemessen sind, daß die Wärmeleitung und die Joule'sehe Wärmeentwicklung durch das thermoelektrische Element ein Minimum sind.
7. 7. Thermoelektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12, 12A, 12B, 12C) teilweise innerhalb des N-Leiters und teilweise innerhalb des P-Leiters angeordnet ist.
8. 8. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die N- und P-Leiter als längliche Stäbe ausgebildet sind, welche längs verlauf ende Hohlräume aufweisen, welche einen Teil des Nebenschlußleiters (12, 12A, 12B, 12C) aufnehmen.
9. 9. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12) aus mehreren miteinander verdrillten Drähten besteht.
10. 10. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12A) ein röhrenförmiger Maschendraht ist, der auf einen nachgiebigen isolierenden Kern (16) aufgeschoben ist.
11. 11. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter (12, 12A) vom direkten Kontakt mit den Endteilen der N- und P-Leiter, welche neben den Enden des Nebenschlußleiters angeordnet sind, und außerdem von der Arbeitsverbindungsstelle (beispielsweise 11) isoliert sind.
12. 12. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da-

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    durch gekennzeichnet, daß die N- und P-Leiter kreisförmige oder ringförmige Scheiben sind, welche radiale Stromflüsse aufweisen (Fig. 4 - 5a).
13. 13. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder N- und P-Leiter aus zwei Lagen aufgebaut ist, wobei in Sandwich-Bauweise ein scheibenförmiger Nebenschlußleiter (12C) vorgesehen ist.
14. 14. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußleiter zwei Paare von Scheiben aufweist, wobei jedes Paar in Sandwich-Bauweise einen der N- und P-Leiter aufnimmt.
15. 15. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben ringförmig oder kreisscheibenförmig ausgebildet sind und aus Maschendraht bestehen, welche mit Abgriffen (18) verbunden sind.
16. 16. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Bereiche der N- und P-Leiter mit Anschlußelementen versehen sind und die äußeren Umfange der N- und P-Leiter in elektrischer Verbindung stehen, welche die Arbeitsverbindungsstelle bildet.
17. 17. Thermoelektrisches Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es vom Kaskadentyp ist.

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