DE2404786C3

DE2404786C3 - Thermomagnetic generator

Info

Publication number: DE2404786C3
Application number: DE19742404786
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1976-11-18

Description

Die Erfindung betrifft einen thermomagnetischen Cenerator, der die nach dem !. Nernst-Ettinghausen-Effekt entstehende EMK ausnutzt.The invention relates to a thermomagnetic generator, which after the!. Nernst-Ettinghausen effect exploits emerging EMF.

Bei einem derartigen Generator befindet sich ein Von einem Wärmestrom durchflossener Elektronenleiler (Energiewandlerleiter) in einem transversalen Magnetfeld. Dabei entsteht eine elektromotorische Kraft lenkrecht zum Magnetfeld und zum Wärmestrom, so daß ein Teil der Wärmeenergie direkt in Elektroenergie umgewandelt wird. Der thermomagnetische Genefator soll also Turbine und Generator in thermischen Kraftwerken ersetzen. Der thermomagneiische Generator kann auch zusätzlich zu Turbine und Generator fur Verbesserung des Wirkungsgrades angewandt wer- <en, indem er vor oder nach der Turbine in den Wärmekreislauf eingeschaltet wird.In such a generator there is an electron condenser through which a heat flow flows (Energy converter conductor) in a transverse magnetic field. This creates an electromotive force perpendicular to the magnetic field and to the heat flow, so that part of the heat energy is directly converted into electrical energy is converted. The thermomagnetic generator is supposed to be the turbine and generator in thermal Replace power plants. The thermomagnetic generator can also be used in addition to the turbine and generator can be used to improve the efficiency by placing it before or after the turbine in the heat cycle is switched on.

Bisher wurden zur direkten Umwandlung von thermischer in elektrische Energie Thermoelemente oder Thermionikelemente verwendet. Diese eignen sich jetfoch nur zur Umwandlung kleinerer Energiemengen. Außerdem liegt der Wirkungsgrad dieser Geräte bei ftur etwa 10%.So far, the direct conversion of thermal used in electrical energy thermocouples or thermionic elements. These are suitable jetfoch only for converting smaller amounts of energy. In addition, the efficiency of these devices is included for about 10%.

Es ist außerdem bekannt, daß man den 1. Nernst-Etlinghausen-Effekt für thermomagnetische Stromerzeuger oder Wärmepumpen anwenden kann (H. E b e r t, Physikalisches Taschenbuch, 4. Auflage, 1967, Verlag Kriedr. Vieweg und Sohn, Braunschweig, S. 474,476 und 477 und Dr. E. J u s t i, Leitungsmechanismus und Energiewandlung in Festkörpern, 2. Auflage, 1965, Göttingen, Verlag Vandenhöck und Ruprecht. S. 140 bis 145). konkrete Hinweise für den Bau eines brauchbaren thermomagnelischen Generators fehlen jedoch.It is also known that the 1st Nernst-Etlinghausen effect can be used for thermomagnetic power generators or heat pumps (H. E b e r t, Physikalisches Taschenbuch, 4th edition, 1967, Verlag Kriedr. Vieweg and Son, Braunschweig, pp. 474,476 and 477 and Dr. E. J u s t i, Conduction Mechanism and Energy Conversion in solid bodies, 2nd edition, 1965, Göttingen, Verlag Vandenhöck and Ruprecht. Pp. 140 to 145). However, there are no concrete indications for the construction of a usable thermomagnetic generator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bau lind die Anwendung eines thermomagnetischen Genefators für größere Leistungen zu ermöglichen. Ebenfalls soll ein optimaler Wirkungsgrad erreicht werden und die erzeugte elektrische Spannung eine technisch direkt anwendbare Größe erreichen.The invention is based on the object, the construction lind the use of a thermomagnetic generator to allow for greater accomplishments. Optimal efficiency should also be achieved and the generated electrical voltage reach a technically directly applicable size.

Diese Aufgabe wird bei dem Generator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energiewandlerleiter spulenförmig ausgebildet und innerhalb einer Magnetspule angeordnet sind.In the generator of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the energy converter conductors are designed in the form of a coil and are arranged within a magnetic coil.

Für den Energiewandlerleiter kommen Materialien mit hohem Nernstkoeffizienten, guter elektrischer Leitfähigkeit und niedriger Wärmeleitfähigkeit zur Anwendung. Neben den schon bekannten Materialien wie z. B. Wismut kommen für Temperaturen bis etwa 1200 K dotierte Halbleiter und darüber hinaus Metallegierungen oder Kohlenstoff (Graphit) in Frage. Günstig sind im allgemeinen Leiter, die im entsprechenden Temperaturbereich wenig freie Ladungsträger haben, deren Beweglichkeit jedoch sehr groß ist. Da ein Energiewandlerleiter eines bestimmten Materials nur in einem begrenzten Temperaturbereich geeignet ist, können mehrere Energiewandlerspulen aus verschiedenen Materialien aufeinander gewickelt werden. Dabei werden die Materialien den jeweiligen Temperaturverhältnissen angepaßt.Materials with a high Nernst coefficient and good electrical conductivity are used for the energy converter conductor and low thermal conductivity for use. In addition to the already known materials such. B. Bismuth is used for temperatures up to around 1200 K doped semiconductors and also metal alloys or carbon (graphite) in question. In general, conductors in the corresponding temperature range are favorable have few free charge carriers, but their mobility is very high. As an energy converter conductor of a certain material is only suitable in a limited temperature range several energy converter coils made of different materials are wound on one another. Be there the materials adapted to the respective temperature conditions.

Um nun an der Energiewandlerspule eine brauchbare elektromotorische Kraft zu erzeugen, wird durch Kryomagnetspulen bzw. Supraleiterspulen ein sehr starkes Magnetfeld erzeugt. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist dies bis zu 10 Vs/m^ mögfich. Erzeugt man nun an der Energiewandlerspule durch Wärmeleitung eine Temperaturdifferenz vom Spuleninnere;i radial nach außen, so entsteht an den Energiewandlerspulenenden eine Gleichspannung.In order to generate a usable electromotive force on the energy converter coil, by Cryomagnetic coils or superconductor coils generate a very strong magnetic field. According to the current one According to the state of the art, this is possible up to 10 Vs / m ^. Generated there is now a temperature difference from the inside of the coil at the energy converter coil through thermal conduction; i radially outwards, a DC voltage is generated at the energy converter coil ends.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Energiewandlerleiter durch diese Anordnung im Bereich der größtmöglichen magnetischen Induktion sind und durch die spulenförmige Bauweise sämtliche anderen Verluste wie z. B. Abstrahlung an Polflächen usw. entfallen. Es wird dadurch ein sehr günstiger Wirkungsgrad erreicht. Ebenfalls kann durch die beliebige Anzahl von Windungen die Höhe der gewünschten Klemmenspannung bei gleicher Leistung bestimmt werden, da die Breite der ein/einen Energiewandlerleiter in Richtung Magnetfeld nahe/u beliebig gewählt werden kann.The advantages achieved by the invention are in particular that the energy converter conductors through this arrangement are in the range of the greatest possible magnetic induction and by the coil-shaped Design all other losses such as B. radiation on pole faces etc. are omitted. It becomes a very favorable efficiency achieved. The height the desired terminal voltage can be determined with the same power, since the width of the one Energy converter conductor in the direction of the magnetic field near / u can be chosen arbitrarily.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben: An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below:

Fig. 1 und 2 zeigen in scnematischer Darstellung einen thermomagnetischen Generator im Quer- und Längsschnitt. Die Supraleiterwicklung b für die Erzeugung des axial gerichteten Magnetfeldes ist nach dem Spuleninneren und nach außen durch die Wärmeisolierung a gut wärmeisoliert. Innerhalb der inneren Wärmeisolierung ist die Kühlwasserschicht c angeordnet. Innerhalb dieser befindet sich die schraubenförmig um die Längsachse des Generators gewendelte Energiewandlerspule d deren Leiter einen rechtwinkligen Querschnitt haben. Zwischen den einzelnen Windungen dieser Spule liegt eine elektrische Isolierung f. Das heiße Medium e innerhalb der Energiewandlerspule und die Kühlwasserschicht c verursachen in der Energiewandlerspule die nötige radial wirkende Wärmeströmung bzw. Temperaturdifferenz. Die Gleichspannung wird an den Spulenenden abgenommen. Bei ausreichendem Außendurchmesser können mehrere Energiewandlerspulen konzentrisch ineinander angeordnet werden. In diesem Fall verliefe dann das heiße Medium e ebenfalls in einer Ringschicht wie das Kühlwasser c.1 and 2 show a schematic representation of a thermomagnetic generator in cross section and longitudinal section. The superconductor winding b for generating the axially directed magnetic field is well insulated from the inside of the coil and from the outside by the thermal insulation a. The cooling water layer c is arranged within the inner thermal insulation. Inside this is the energy converter coil d , which is helically wound around the longitudinal axis of the generator, the conductors of which have a right-angled cross-section. There is electrical insulation f between the individual turns of this coil. The hot medium e within the energy converter coil and the cooling water layer c cause the necessary radially acting heat flow or temperature difference in the energy converter coil. The DC voltage is taken from the coil ends. If the outside diameter is sufficient, several energy converter coils can be arranged concentrically inside one another. In this case the hot medium e would also run in a ring layer like the cooling water c.

Die Reihenfolge der einzelnen Teile wäre dann radial von außen nach innen:The sequence of the individual parts would then be radially from the outside to the inside:

Wärmeisolierung a, Supraleiterwicklung b, Wärmeisolierung .-1, Kühlwasserschicht c, Energiewandlerspule d, heißes Medium e. Energiewandlerspule d, Kühlwasserschicht c, Energiewandlerspule d, heißes Medium e usw.Thermal insulation a, superconductor winding b, thermal insulation.-1, cooling water layer c, energy converter coil d, hot medium e. Energy converter coil d, cooling water layer c, energy converter coil d, hot medium e, etc.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Thermomagnetic generator, which produces after the 1st Nernst-Ettinghausen effect EMK exploits, characterized that the energy converter conductors are designed in the form of a coil and are arranged within a magnetic coil are.

2. Thermomagnetic generator according to spoke 1, characterized in that several Energy converter coils made of different materials are wound on one another.

3. Thermomagnetic generator according to claim 1, characterized in that for the necessary Magnetic field cryomagnets or superconductor coils are used.