DE3314159A1

DE3314159A1 - Thermoelektrisches system zur erzeugung elektrischer energie

Info

Publication number: DE3314159A1
Application number: DE19833314159
Authority: DE
Inventors: Shun-lung Dr.-Ing. 48084 Troy Mich. Chao; Tumkur S. Dr.-Ing. San Jose Calif. Jayadev
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS58197890A; GB8311177D0; IT1161818B; FR2526229A1; IT8320727A0; AU1369083A; IL68387A0; NL8301435A; GB2119169A; BE896530A

Description

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller W

Dipl.-Chem. Dr. Gerhard Sdhupfner Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger

Luclle-Grahn-Str. 38 - D 6000 München 80

Energy Conversion Devices, Ine 1675 West Maple Road

Troy, Michigan 48084 U.S.A.

THERMOELEKTRISCHES SYSTEM ZUR ERZEUGUNG ELEKTRISCHER ENERGIE

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Thermoelektrisches System

Die Erfindung bezieht sich auf neue und verbesserte thermoelektrische Systeme und wirksamere thermoelektrische Werkstoffe, die darin einsetzbar sind.

Man hat erkannt, daß der Weltvorrat an fossilen Brennstoffen zur Energieerzeugung immer schneller ausgebeutet wird. Diese Erkenntnis hat zu einer Energiekrise geführt, die nicht nur die Weltwirtschaft trifft, sondern den Frieden und die Stabilität in der Welt gefährdet. Die Lösung der Energiekrise liegt in der Entwicklung neuer Brennstoffe und wirksamerer Verfahren zu deren Nutzung. Zu diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung die Energiekonservierung, die Stromerzeugung, die Umweltverschmutzung sowie die Bereitstellung neuer wirtschaftlicher Entwicklungsmöglichkeiten durch die Entwicklung neuer thermoelektrischer Systeme, die mehr Elektrizität erzeugen.

Ein wesentlicher Teil dieser Lösung im Hinblick auf die Entwicklung einer dauerhaften wirtschaftlichen Energieumsetzung liegt auf dem Gebiet der Thermoelektrik, wobei elektrische Energie durch Wärme erzeugt wird. Man hat geschätzt, daß mehr als 2/3 aller Energie z. B. von Kraftfahrzeug-Auspuffanlagen oder Kraftwerken verlorengeht und an die Umwelt abgegeben wird. Bisher resultieren aus dieser Wärmebelastung noch keine schwerwiegenden klimatischen Auswirkungen. Es wurde jedoch vorhergesagt, daß mit steigendem Energieverbrauch in der Welt die Auswirkung der Wärmebelastung schließlich zu einem teilweisen Abschmelzen der Polareiskappen mit einem daraus resultierenden Anstieg der Meereshöhe führen wird.

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Ferner wird durch die Erfindung ein kostengünstiges, wirksames und wirtschaftliches thermoelektrisches System bereitgestellt zur Erzeugung elektrischer Energie aus der von Kraftwerken, geothermischen Stätten, Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen und Omnibussen erzeugten Abwärme. Durch die Nutzung der Abwärme aus diesen und anderen Quellen kann somit durch die Rückgewinnung von Elektrizität eine unmittelbare Verringerung der Umweltbelastung durch Wärme erzielt werden, während gleichzeitig zur Konservierung wertvoller, jedoch nicht unerschöpflicher Energiequellen beigetragen wird.

Der Wirkungsgrad eines thermoelektrischen Systems hängt zum Teil von den Leistungskennlinien des bzw. der darin vorgesehenen thermoelektrischen Bauelemente ab. Die Leistung eines thermoelektrischen Bauelements kann wiederum in Form einer Güteklasse Z für das die Bauelemente bildende Material ausgedrückt werden, wobei Z wie folgt definiert ist:

3
mit Z = Einheiten χ 10 ,

S = der Seebeck-Koeffizient in V/^QC,

o,

K = die Wärmeleitfähigkeit in mW/cm- C und d - die elektrische Leitfähigkeit in (XX--cm)

Daraus ist ersichtlich, daß ein Werkstoff, um für die thermoelektrische Energieumwandlung geeignet zu sein, einen hohen Wert für durch den Seebeck-Koeffizienten S gegebene

t e β ö * *· ^ύ

·· ' ." ** 33U159 45

thermoelektrische Energie, eine hohe elektrische Leitfähigkeit «3" sowie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen muß. Ferner hat die Wärmeleitfähigkeit K zwei Komponenten, und zwar die Gitterkomponente K₁ und die elektrische Komponente K^. Bei Nichtmetallen dominiert K₁, und diese Komponente bestimmt in der Hauptsache den Wert von K.

Anders ausgedrückt, ist ein Material dann zur thermoelektrischen Energieumwandlung wirksam, wenn Träger ohne weiteres von der warmen zur kalten Kontaktstelle diffundieren können, während das Temperaturgefälle erhalten bleibt. Somit ist zusammen mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu fordern.

In der Vergangenheit wurde die Umwandlung von thermoelektrischer Energie nicht in großem Umfang angewandt. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, daß bekannte thermoelektrische Materialien, wenn sie überhaupt für industriellen Einsatz geeignet sind, kristallines Gefüge haben. Kristalline Feststoffe können keine hohen elektrischen Leitfähigkeitswerte erreichen und gleichzeitig eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufrechterhalten. Insbesondere kann aufgrund der Kristallsymmetrie die Wärmeleitfähigkeit nicht durch Modifikation gesteuert werden.

Bei der Anwendung der konventionellen polykristallinen Materialien bleiben die Probleme von Einkristall-Materialien immer noch bestehen. Außerdem treten jedoch neue Probleme infolge der polykristallinen Korngrenzen auf, die relativ niedrige elektrische Leitfähigkeiten dieser Materialien

bewirken. Ferner ist die Herstellung dieser Materialien schwierig zu kontrollieren aufgrund ihrer komplexeren kristallinen Struktur. Die chemische Modifikation oder Dotierung dieser Materialien ist wegen der vorgenannten Probleme besonders schwierig.

Einige der bekanntesten derzeitigen polykristallinen thermoelektrischen Materialien sind (BIjSb)₂Te₃, PbTe und Si-Ge. Die (Bi,Sb)2Te₃~Materialien sind für Anwendungszwecke im Bereich von -10 ⁰C bis +150 ⁰C am besten geeignet, wobei die beste Güteklasse Z um ca·. 30 ⁰C erhalten wird. (Bi,Sb)₃Te₃ stellt ein kontinuierliches festes Lösungssystem dar, wobei die relativen Bi- und Sb-Mengen zwischen 0 und 100 % betragen. Das Si-Ge-Material eignet sich am besten für Hochtemperatur-Anwendungen im Bereich von 600-1000 ⁰C, wobei eine zufriedenstellende Güteklasse Z oberhalb 700 ⁰C erhalten wird. Das polykristalline PbTe-Material hat seine beste Güteklasse im Bereich von 300-500 ⁰C. Keines dieser Materialien eignet sich gut für Anwendungen im Bereich von 100-300 ⁰C. Dies ist sehr bedauerlich, da gerade in diesem Temperaturbereich eine große Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in Verbindung mit Abwärme vorhanden ist, z. B. mit geothermischer Abwärme sowie Abwärme aus Brennkraftmaschinen, die z. B. in Lastkraftwagen, Omnibusse und Personenkraftwagen eingebaut sind. Anwendungsmöglichkeiten dieser Art sind deshalb wesentlich, weil es sich hier um echte Abwärme handelt. Wärme in den höheren Temperaturbereichen muß gewollt mit anderen Brennstoffen erzeugt werden und ist daher keine echte Abwärme.

Es wurden bereits neue und verbesserte thermoelektrische Legierungen zur Verwendung in den vorgenannten Temperaturbereichen gefunden. Diese Materialien sind in der US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 341 864 vom 22. Jan. 1982 angegeben.

Die dort angegebenen thermoelektrischen Materialien können in den hier erläuterten Systemen eingesetzt werden. Diese Materialien sind keine kristallinen Einphasenmaterialien, sondern stattdessen ungeordnete Materialien. Ferner handelt es sich um Mehrphasenmaterialien, die sowohl amorphe als auch eine Vielzahl kristalline Phasen haben. Materialien dieser Art sind gute Wärmeisolatoren. Sie weisen Korngrenzen verschiedener Übergangsphasen auf, deren Zusammensetzung von derjenigen von Matrixkristalliten bis zu derjenigen der verschiedenen Phasen in den Korngrenzbereichen reicht. Die Korngrenzen haben einen hohen Pehlordnungsgrad, wobei die Übergangsphasen Phasen hoher Wärmebeständigkeit umfassen, so daß sich ein hoher Wärmeleitwiderstand ergibt. Im Gegensatz zu konventionellen Materialien ist das Material so ausgelegt, daß die Korngrenzen Zonen mit darin vorhandenen leitfähigen Phasen definieren, so daß eine Vielzahl von elektrischen Leitungsbahnen durch die Masse des Materials vorhanden ist, wodurch die elektrische Leitfähigkeit gesteigert wird, ohne daß gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit wesentlichen beeinträchtigt wird. Kurz gesagt, haben diese Materialien sämtliche Vorteile polykristalliner Materialien bezüglich erwünscht niedriger Wärmeleitfähigkeiten und der Seebeck-Eigenschaften kristalliner Massen. Im Gegensatz zu den konventionellen polykristallinen Materialien weisen diese ungeordneten Mehrphasenmaterialien jedoch auch erwünscht hohe elektrische Leitfähigkeiten auf. Somit kann,

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wie in der vorher genannten US-Patentanmeldung angegeben, das Sd" -Produkt für die Güteklasse dieser Materialien unabhängig mit erwünscht niedrigen Wärmeleitfähigkeiten für die thermoelektrische Energieerzeugung maximiert werden.

Es wurden bereits amorphe Materialien, die«den höchsten Fehlordnungsgrad aufweisen, für thermoelektrische Anwendungszwecke hergestellt. Die Materialien und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den US-PS'en 4 177 473, 4 177 474 und 4 178 415 angegeben. Die dort genannten Materialien werden in einer festen amorphen Wirtsmatrix gebildet, deren Gefügekonfigurationen einen eher lokalen als weitreichenden Ordnungsgrad aufweist und deren elektronische Konfiguration so ist, daß sie einen Bandabstand und elektrische Aktivierungsenergie aufweist. Der amorphen Wirtsmatrix ist ein Modifikationsmaterial zugefügt, das Orbitale aufweist, die mit der amorphen Wirtmatrix sowie mit sich selbst in Wechselwirkung treten unter Bildung elektronischer Zustände im Bandabstand. Diese Wechselwirkung modifiziert die elektronischen Konfigurationen der amorphen Wirtsmatrix erheblich, so daß die Aktivierungsenergie beträchtlich verringert und infolgedessen die elektrische Leitfähigkeit des Materials erheblich gesteigert wird. Die resultierende elektrische Leitfähigkeit kann durch die Menge des der Wirtsmatrix zugefügten Modifikationsmaterials gesteuert werden. Die amorphe Wirtsmatrix ist normalerweise eigenleitend, und das Modifikationsmaterial ändert die Wirtsmatrix dahingehend, daß sie störstellenleitend wird.

Ferner ist dort angegeben, daß die amorphe Wirtsmatrix Elektronenpaare mit Orbitalen aufweisen kann, wobei die

··' > · - · 33U159 - γι-

Orbitale des Modifikationsmaterials damit in Wechselwirkung treten unter Bildung der neuen elektronischen Zustände im Bandabstand. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Wirtsmatrix primär eine Vierflächenbindung aufweisen, wobei der Modifikator primär nichtsubstitutionell zugegeben wird und seine Orbitale mit der Wirtsmatrix in Wechselwirkung treten. Sowohl D- als auch F-Absorptionsbande-Materialien sowie Bor und Kohlenstoff, durch die sich Multiorbital-Möglichkeiten ergeben, können als Modifikatoren zur Bildung der neuen elektronischen Zustände im Bandabstand eingesetzt werden.

Als Folge der vorstehenden Vorgänge weisen diese amorphen thermoelektrischen Materialien eine wesentlich gesteigerte elektrische Leitfähigkeit auf. Da sie jedoch nach der Modifizierung amorph bleiben, behalten sie ihre niedrigen Wärmeleitfähigkeiten, so daß sie für thermoelektrische Anwendungszwecke insbesondere in Hochtemperaturbereichen oberhalb 400 C gut geeignet sind.

Diese Materialien werden auf einem atomischen oder mikroskopischen Niveau modifiziert, wobei ihre Atomkonfigurationen erheblich geändert werden zur Schaffung der vorher erwähnten unabhängig gesteigerten elektrischen Leitfähigkeiten. Im Gegensatz dazu sind die in der eingangs genannten US-Patentanmeldung angegebenen Materialien nicht atomisch modifiziert, sondern sie werden in einer Weise hergestellt, die in das Material eine Fehlordnung auf einem makroskopischen Niveau einführt. Diese Unordnung ermöglich es, daß verschiedene Phasen einschließlich leitfähiger Phasen in das Material eingeführt werden können, und zwar in ähnlicher

Weise wie bei der atomischen Modifikation in Materialien mit rein amorpher Phase, so daß eine kontrollierte hohe elektrische Leitfähigkeit erhalten wird, während gleichzeitig die Fehlordnung in den anderen Phasen für eine niedrige Wärmeleitfähigkeit sorgt. Daher liegen diese Materialien hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit zwischen den amorphen und den regulären polykristallinen Materialien.

Ein thermoelektrisches Bauelement erzeugt Elektrizität durch die Ausbildung einer Temperaturdifferenz in den darin enthaltenen Materialien. Die thermoelektrischen Bauelemente umfassen normalerweise Elemente aus p- und aus n-leitendem Material. Bei dem p-leitenden Material treibt die Temperaturdifferenz positv geladene Träger von der warmen zur kalten Seite der Bauelemente, wogegen bei dem n-leitenden Material die Temperaturdifferenz negativ geladene Träger von der warmen zur kalten Seite der Bauelemente treibt.

Die konventionellen Wärmetauscher, die zur Wärmeübertragung zu dem thermoelektrischen Bauelement eingesetzt werden, sind groß, schwer und haben einen geringen Wirkungsgrad. Sie umfassen eine Vielzahl von eng beabstandeten Wärmeaufnahmeflächen, die Durchgänge bilden, die durch das Durchströmen einer heißen Flüssigkeit leicht verstopft werden. Ferner sind konventionelle Wärmetauscher so ausgelegt, daß die thermoelektrischen Elemente mit ihnen einstückig und untrennbar ausgebildet sind. Durch diese Nichttrennbarkeit von den thermoelektrischen Bauelementen ist es schwierig bis unmöglich, die Wärmetauscher zu reinigen und zu unterhalten.

Konventionelle Wärmetauscher werden ferner normalerweise aus großen Mengen von z. B. Kupfer, Aluminium oder rostfreiem

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Stahl aufgebaut, sie können also nur mit hohen Kosten hergestellt werden. In den Abgasleitungen von Brennkraftmaschinen, in denen sie eingesetzt werden, bewirken sie außerdem einen hohen Staudruck. Dadurch wird das Erreichen und Unterhalten eines ordnungsgemäßen Betriebs der Motoren erschwert. Da die thermoelektrischen Elemente ferner einstükkig mit den Wärmetauschern ausgebildet sind, werden schließlich die thermoelektrischen Bauelemente einer potentiellen Verschmutzung durch die Abgase in den Auspuffleitungen ausgesetzt.

Durch die vorliegende Erfindung werden neue und verbesserte thermoelektrische Systeme zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Abwärme angegeben. Die Systeme sind raumsparend aufgebaut und weisen keine beweglichen Teile auf. Ferner sind sie an die Nutzung von Abwärme von vielen verschiedenen Abwärmequellen einschließlich der Abwärme aus Brennkraftmaschinen anpaßbar.

Die thermoelektrischen Systeme nach der Erfindung weisen Warmesammelorgane in Form von Wärmesammelrippen auf, die innerhalb eines Fluidstroms angeordnet sind, der Abwärme liefert, die von irgendeinem Abwärmeerzeuger kommt; ferner ist eine Wärmeübertragungseinheit vorgesehen. Diese verläuft nach außerhalb des heißen Fluidstroms zu wenigstens einem thermoelektrischen Bauelement, das von dem heißen Fluidstrom vollständig getrennt ist. Dadurch ist die Wärmeübertragung zu einer Seite des wenigstens einen thermoelektrischen Bauelements möglich, während gleichzeitig das Bauelement gegenüber eventuellen Schmutzstoffen im heißen Fluidstrom getrennt ist. Die andere Seite des thermoelektrischen

Bauelements ist einem Kühlmittel ausgesetzt, so daß eine Temperaturdifferenz durch das Bauelement ausgebildet wird und die Erzeugung elektrischer Energie ermöglicht.

Die Wärmeübertragungseinheit, die zur Ausbildung der heißen Seite des thermoelektrischen Bauelements genutzt wird, ist bevorzugt ein Wärmetauscher mit einem oder mehreren Wärmeleitrohren. Die Wärmeleitrohre sind hohle, hermetisch dichte Zylinder, in denen ein Arbeitsfluid enthalten ist. Das Arbeitsfluid fördert mit hohem Wirkungsgrad die aus dem heißen Fluid aufgenommene Wärme zur heißen Seite des thermoelektrischen Bauelements. Dies wird dadurch erreicht, daß die Thermodynamik der Verdampfung und Kondensation des Arbeitsfluids genutzt wird. Da die Wärmeleitrohre ferner hermetisch dicht sind, bilden sie ein verschmutzungsfreies, kontinuierliches Kreislaufsystem.

Die Anwendung der vorstehend beschriebenen Wärmeleitrohre in Verbindung mit den Wärmesammelripen resultiert in einer kostengünstigen, raumsparenden, hochleistungsfähigen Wärmeübertragungsvorrichtung, die nur einen geringen Staudruck auf den heißen Fluidstrom ausübt. Die Wärmeübertragungseinheit hat eine längere Standzeit und ist leichter zu reinigen und zu warten als die konventionellen Wärmetauscher, und zwar aufgrund der relativ leichten Trennung der Wärmeübertragungseinheit von den thermoelektrischen Bauelementen.

Das System nach der Erfindung kühlt die kalte Seite des thermoelektrischen Bauelements, indem um diese Seite ein Wasser- oder anderer Fluidstrom unterhalten wird. Alternativ kann die kalte Seite des thermoelektrischen Bauelements durch Beaufschlagen mit Umgebungsluft gekühlt werden.

Die Systeme nach der Erfindung verwenden bevorzugt die neuen und verbesserten Werkstoffe entsprechend der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 341 864. Diese eignen sich insbesondere als p-leitende Einzelelemente der thermoelektrischen Bauelemente.

Die Einzelelemente der thermoelektrischen Bauelemente sind thermisch parallel und elektrisch in Reihenschaltung angeordnet. Ferner ist gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung der Wärmeleitwiderstand R der thermoelektrischen Bauelemente an den Wärmeleitwiderstand R der

HX

Wärmeübertragungseinheit bzw. des Wärmetauschers angepaßt, so daß die Ausgangsleistung für eine vorgegebene Menge von thermoelektrischem Material, das für die Bauelemente erforderlich ist, maximierbar ist.

Ein thermoelektrisches System nach der Erfindung zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluidstrom ist gekennzeichnet durch wenigstens ein thermoelektrisches Bauelement zur Erzeugung der elektrischen Energie aufgrund einer daran anliegenden Temperaturdifferenz, durch erste Wärmeübertragungsmittel mit wenigstens einem Wärmeleitrohr im Fluidstrom, wobei die Wärmeübertragungsmittel sich nach außerhalb des Fluidstroms erstrecken und thermisch mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement gekoppelt sind, so daß wenigstens ein Teil der Wärme aus dem Fluidstrom auf das wenigstens eine Bauelement übertragen wird, und durch zweite Wärmeübertragungsmittel, die mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement thermisch gekoppelt sind und mit den ersten Wärmeübertragungsmitteln die Temperaturdiffexenz an dem wenigstens einen thermoelektriscben Bauelement ausbilden.

Ein thermoelektrisches System nach der Erfindung zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Abwärmestrom ist gekennzeichnet durch thermoelektrische Bauelemente zur Erzeugung der elektrischen Energie aufgrund einer daran angelegten Temperaturdifferenz, durch erste Wärmeübertragungsmittel mit einer Mehrzahl Wärmeleitrohre, von denen Abschnitte im Abwärmestrom liegen und die mit den thermoelektrischen Bauelementen gekoppelt sind zur Übertragung eines Teils der Abwärme zu den thermoelektrischen Bauelementen, und durch zweite Wärmeübertragungsmittel, die mit den thermoelektrischen Bauelementen gekoppelt sind zum Beaufschlagen derselben mit einer Temperatur, die niedriger als die durch die ersten Wärmeübertragungsmittel an die Bauelemente angelegte Temperatur ist, so daß an den thermoelektrischen Bauelementen eine Temperaturdifferenz ausgebildet ist.

Ein weiteres thermoelektrisches System nach der Erfindung zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Fluidstrom, der auf eine hohe Temperatur erwärmt ist, ist gekennzeichnet durch wenigstens ein thermoelektrisches Bauelement zur Erzeugung der elektrischen Energie aufgrund einer Temperaturdifferenz, die entfernt von dem erwärmten Fluidstrom daran angelegt wird, durch im Fluidstrom angeordnete erste Wärmeübertragungsmittel, die aus dem Fluidstrom nach außerhalb verlaufen und mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement thermisch gekoppelt sind zur übertragung wenigstens eines Teils der Wärme des Fluidstroms zu dem wenigstens einen Bauelement, und durch zweite Wärmeübertragungsmittel, die mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement thermisch gekoppelt sind und mit den ersten Wärmeübertragungsmittel die Temperaturdifferenz an dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement ausbilden.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des thermoelektrischen Systems; eine Querschnittsansicht 2-2 nach Fig. 1; eine Querschnittsansicht 3-3 nach Fig. 2; eine Querschnittsansicht 4-4 nach Fig. 3; eine seitliche Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel des thermoelektrischen Systems;

eine Querschnittsansicht 6-6 nach Fig. 5; teilweise im Querschnitt eine Seitenansicht eines in den Systemen nach der Erfindung einsetzbaren thermoelektrischen Bauelements; eine Querschnittsansicht 8-8 nach Fig. 7; eine Querschnittsansicht 9-9 nach Fig. 7; ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Analogons eines Teils des Systems nach der Erfindung; und

Fig. 11 ein schematisches Schaltbild eines Teils des Systems nach der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein thermoelektrisches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Es umfaßt eine Wärmerückgewinnungseinheit 12, die durch eine Trennwand in eine Wärmerückgewinnungskammer 14 und eine Kühlkammer unterteilt ist. An der Wärmerückgewinnungseinheit 12 sind Leitungseinheiten 20 und 22 befestigt. Die Leitungseinheit umfaßt Leitungen 46 und 48, die einen durch Abwärme

Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8
Fig.	9
Fig.	10

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erwärmten Fluidstrom durch die Wärmerückgewinnungskammer 14 richten. Die Leitungseinheit 22 umfaßt Leitungen 50 und 52, die einen Kühlmittelstrom durch die Kühlkammer 16 richten.

Die in der wärmerückgewinnungskammer 14 aus dem Fluid rückgewonnene Wärme wird von der Kammer 14 zu einer Seite einer Anzahl von thermoelektrischen Bauelementen 24 übertragen, die in der Kühlkammer 16 angeordnet sind. Die so übertragene Wärme hält die eine Seite der thermoelektrischen Bauelemente auf höherer Temperatur. Der Kühlfluidstrom durch die Kühlkammer 16 hält die andere Seite der thermoelektrischen Bauelemente 24 auf einer niedrigeren Temperatur. Dadurch ergibt sich eine Temperaturdifferenz durch die Bauelemente, was die Erzeugung von Elektrizität ermöglicht.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen ein thermoelektrisches Bauelement 24 zur Elektrizitätserzeugung. Das Bauelement 24 umfaßt n- und p-leitende thermoelektrische Einzelelemente 26 bzw. 28. Die n- und p-leitenden Einzelelemente 26 und 28 sind thermisch parallelgeschaltet und elektrisch abwechselnd aufeinanderfolgend reihengeschaltet.

Die p-leitenden Elemente 28 sind bevorzugt die neuen und verbesserten Werkstoffe nach der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 341 864. Eine dort angegebene Legierung, die eine hohe Güteklasse Z innerhalb des Temperaturbereichs von 100-300 °C aufweist, umfaßt ca. 10-20 % Wismut, ca. 20-30 % Antimon, ca. 60 % Tellur und weniger als 1 % Silber und ist bevorzugt (Bi₁₀Sb_3QTe₆₀)99 % + (Ag₂₅Sb₃₅Te₅₀)I %. Ferner ist die vorgenannte Legierung (^Bi-iQSboQTe3Q)99 % +

% dadurch p-leitfähig gemacht, daß

' " ** " 33U159 15

sie ca. 0,2 % eines Dotierstoffs wie Telluriodid (Tel.) enthält. Die η-leitenden Elemente 26 können konventionelle Materialien umfassen, z. B. ein Wismut (Bi), Tellur (Te) und Selen (Se) in Anteilen von Bi₄₀Te₅₄Se₆ enthaltendes Material.

Diese n- und p-leitenden Elemente 26 und 28 sind auf ein Substrat 30 gelötet, auf das eine Kupferleitermatrix 32 durch Siebdrucken aufgebracht ist. Ein weiteres Substrat 34, auf das eine Kupferleitermatrix 36 durch Siebdrucken oder anderweitig aufgebracht ist, ist mit den Elementen durch Weichlöten verbunden. Die Kupferleitermuster 32 und 34 sind so angeordnet, daß sie die η-leitenden und die p-leitenden Elemente abwechselnd aufeinanderfolgend elektrisch reihenschalten. Ferner ist ersichtlich, daß die n- und die p-leitenden Elemente 26 und 28 zwischen den Substraten 30 und 34 thermisch parallel angeordnet sind.

Die Substrate 30 und 34 haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, um die Temperaturdifferenz durch die Elemente 26 und 28 aufrechtzuerhalten, und eine niedrige elektrische Leitfähigkeit, so daß sie als! elektrischer Isolator wirken und die Zuleitungsmuster voneinander elektrisch isolieren. Die Substrate 30 und 34 bestehen aus Keramik, z. B. aus Aluminiumoxid od. dgl.

Abwärme in Form von Abgasen von Brennkraftmaschinen kann eine Temperaturdifferenz von 200 ⁰C durch die thermoelektrischen Bauelemente 24 ausbilden. Wenn die Einzelelemente 26 und 28 des Bauelements 24 einen Seebeck-Koeffizienten S von 0,15 mV/°C aufweisen, kann die von jedem Element

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- writ.

erzeugbare Spannung aus dem Ausdruck V_fc = SAT_te bestimmt werden. Bei einem ΛΤ von 200 ⁰C gilt:

V. =0,15 mV/°C χ 200 ⁰C oder 30 mV. Die Anzahl te '

Einzelelemente 26 und 28, die zur Erzeugung von 14 V, der in Personen- und Lastkraftwagen verwendeten Spannung, erforderlich ist, kann wie folgt bestimmt werden:

π = ÜY_ = 467.
3OmV

Dann kann jede Anzahl Elemente in Seriengruppen von jeweils 46 7 Elementen parallelgeschaltet werden, um den erforderlichen Strom für das System bei einer Spannung von 14 V zu erzielen. Natürlich enthält jedes thermoelektrische Bauelement 24 weniger als die erforderlichen 467 Elemente. Die Anzahl der in Reihenschaltung zu verbindenden Bauelemente für die Erzielung der genannten Spannung von 14V ist gleich der Gesamtzahl der erforderlichen Elemente, dividiert durch die Anzahl Einzelelemente in jedem Bauelement. Wenn z. B. jedes Bauelement 32 Einzelelemente umfaßt, werden 467 : 32 Bauelemente benötigt. Im vorliegenden Fall sind dies 467 : 32 = 14,6. Somit müssen 15 Bauelemente reihengeschaltet werden, um eine Ausgangsspannung von wenigstens 14 V zu gewährleisten.

Wie am besten aus den Fig. 2, 3 und 4 hervorgeht, wird Abwärme in der Wärmerückgewinnungskammer 14 durch eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen und horizontal voneinander beabstandeten Warmesamme1rippen 38 aufgenommen. Die Sammelrippen 38 sind senkrecht mit Wärmeleitrohren 40 verbunden. Die Wärmeleitrohre 40 bestehen aus einem guten

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Wärmeleiter, ζ. B. aus Kupfer, rostfreiem Stahl, Aluminium od. dgl. Sie verlaufen von innerhalb der Wärmerückgewinnungskammer 14 durch die Trennwand 18 in die Kühlkammer 16.

Die Wärmeleitrohre 40 sind im wesentlichen zylindrisch, hohl und an jedem Ende hermetisch dicht. Ca. 5-10 % des Innenraums der Wärmeleitrohre 40 ist von einem Arbeitsfluid 42, z. B. Wassser, ausgefüllt. Es wurde gefunden, daß diese Wärmeleitrohr-Konstruktion Wärme aus der Wärmerückgewinnungskammer 14 in die Kühlkammer 16 mit wesentlich höherem Wirkungsgrad überträgt, als dies massive Rohre oder andere bekannte Konstruktionen tun. Bei der Wärmeübetragung von der Wärmerückgewinnungsk'ammer 14 zur Kühlkammer 16 wird das Arbeitsfluid 42 in dem Teil des Wärmeleitrohrs 40 innerhalb der Kammer 14 verdampft. Das verdampfte Arbeitsfluid 42 strömt dann zu dem Teil des Wärmeleitrohrs 40 innerhalb der Kühlkammer 16, wo es seine Wärme an die thermoelektrischen Bauelemente 24 abgibt. Das Arbeitsfluid 42 kondensiert dann und kehrt zu dem Teil des Wärmerohrs 40 in der wärmerückgewinnung skammer 14 zurück, wo dann der Wärmeübertragungszyklus wiederholt wird.

Befestigungsorgane 44 sind mit den Wärmeleitrohren 40 in der Kühlkammer 16 verbunden. Sie verlaufen in Vertikalrichtung innerhalb der Kühlkammer 16 und stehen in Längsrichtung der Wärmerückgewinnungseinheit 12 in gutem Wärmekontakt mit der heißen Seite der thermoelektrischen Bauelemente 24. Die Befestigungsorgane 44 bestehen ebenfalls aus einem guten Wärmeleiter, um eine hochwirksame Wärmeübertragung von den Wärmeleitrohren zur heißen Seite der an ihnen befestigten thermoelektrischen Bauelemente zu bewirken.

- rr-

Mit der kalten Seite der thermoelektrische)! Bauelemente 24 sind Platten 45 in gutem Wärmekontakt verbunden. Die Platten 45 verlaufen in Vertikalrichtung innerhalb der Kühlkammer 16, sind in Längsrichtung der Wärmerückgewinnungseinheit angeordnet und verlaufen im wesentlichen parallel zu den Befestigungsorganen 44. Benachbarte Platten 45 definieren Kanäle 47 zum Leiten des Kühlmittels durch die Kühlkammer zwecks Kühlung der kalten Seiten der thermoelektrischen Bauelemente 24. Ferner bilden die Befestigungsorgane 44 und die Platten 45 ein Gehäuse für die thermoelektrischen Bauelemente 24, so daß sie gegenüber dem Kühlmittel isoliert sind.

Beim Betrieb des thermoelektrischen Systems 10 werden heiße Abgase von laufenden Brennkraftmaschinen durch die Wärmerückgewinnungskammer 14 durch Leitungen 46 und 48 der Leitungseinheit 20 gerichtet. Dort wird von den Wärmesammeirippen 38 Wärme aufgenommen und auf die Wärmeleitrohre 40 übertragen. Das Arbeitsfluid 42 wird verdampft und gibt seine Wärme an die heiße Seite der thermoelektrischen Bauelemente 24 ab, die in der Kühlkammer an den Befestigungsorganen 44 befestigt sind.

Die kalte Seite jedes thermoelektrischen Bauelements 24 wird durch ein Kühlmittel gekühlt unter Ausbildung einer Temperaturdifferenz durch jedes Bauelement. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Kühlmittel Wasser. Das Wasser wird durch die Kanäle 47 der Kühlkammer 16 aus den Leitungen 50 und 52 der Leitungseinheit 22 gerichtet. Die Kanäle 47 sind zur kalten Seite jedes Bauelements 24 offen. Infolgedessen kontaktiert und kühlt das Wasser die kalten Seiten der Bauelemente 24..

Die Ausnutzung von Abwärme zur Ausbildung einer Temperaturdifferenz an den thermoelektrischen Bauelementen 24 verlangt eine andere Auslegung, als sie bisher zur Erzielung eines kostengünstigen Bauelements angewandt wurde, das die elektrische Ausgangsleistung maximiert. Wenn die Wärmequelle frei oder relativ billig ist, sollte der Konstruktionsgedanke darin bestehen, die elektrische Ausgangsleistung bei einer minimalen Menge an eingesetztem thermoelektrischem Material zu maximieren, um dadurch die Systemkosten zu niedrig zu halten.

Wie in elektrischer Analogie in Fig. 10 gezeigt ist, sollte zur Maximierung der Ausgangsleistung am Widerstand R in einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Spannungsversorgung V, einem Widerstand R₁ und einem Widerstand R₂, der Widerstandswert von R~ gleich demjenigen von R₁ sein. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 11 schematisch das Wärmediagramm eines thermoelektrischen Systems. Bei einer gegebenen Temperaturdifferenz Δ erhält man die maximale elektrische Ausgangsleistung für eine gegebene Menge an thermoelektrischem Material, wenn der Wärmeleitwiderstand R,^ des thermoelektrischen Bauelements gleich dem Warmeleitwiderstand R der Wärmetauschereinheit ist.

QÄ

Der Wärmeleitwiderstand wird wie folgt ausgedrückt:

R =

^R KA

mit R = Warmeleitwiderstand,
■t = Materialdicke»
A = Materialfläc?he,
K = Wärmeleitfähigkeit des Materials.

Um also den elektrischen Ausgangswert wie oben beschrieben zu maximieren, muß gelten:

^RHX ^kann entweder errechnet oder gemessen werden. Da

em
ne Werte gewählt werden.

gemessen werden kann, können f ür X^ und A_TE verschiedeBevorzugt ist der Wert von R_flX möglichst niedrig, um die Wärmeübertragung zu maximieren. Da R niedrig ist und zur Erzielung einer maximalen elektrischen Ausgangsleistung gleich R_TE sein sollte, sollte <^_TE klein und A_TE groß sein.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein thermoelektrisches System 54 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Es umfaßt eine Wärmerückgewinnungseinheit 56 mit einer Wärmerückgewinnungskammer 58. An der Wärmerückgewinnungseinheit 56 sind Leitungen 60 und 62 befestigt, die einen durch Abwärme erwärmten Pluidstrom durch die Wärmerückgewinnungskammer 58 leiten.

Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist die Wärmerückgewinnungskammer 58 Wärmesammeirippen 64 auf, die senkrecht mit Wärmeleitrohren 66 verbunden sind. Die durch die Rippen 64 aufgenommene Wärme wird auf die Wärmeleitrohre 66 übertragen, die ihrerseits die Wärme zu einem Bereich außerhalb der Kammer 58 leiten. Dort sind thermoelektrische Bauelemente 68 der eingangs erläuterten Art mit Befestigungsorganen 70 verbunden. Die Bauelemente 68 werden durch die durch die Wärmeleitrohre\66\und die Befestigungsorgane 70 geleitete Wärme auf einer Seite erwärmt.

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Kühlere ümgebungsluft dient zur Kühlung der anderen Seite der thermoelektrischen Bauelemente 68. Zur besseren Nutzung der Umgebungsluft für die Kühlung der thermoelektrischen Bauelemente sind horizontal angeordnete und in Vertikalrichtung voneinander beabstandete Kühlrippen 72 senkrecht an Platten 74 befestigt, die mit den thermoelektrischen Bauelementen in gutem Wärmekontakt stehen.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels entspricht derjenigen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels, wobei jedoch ümgebungsluft zur Kühlung der kalten Seite der thermoelektrischen Bauelemente dient. Auslegungs- und Werkstoffbedingungen sind in beiden Ausführungsbeispielen gleich, wobei jedoch bei dem letztgenannten Ausführungsbeispiel eine höhere Betriebstemperatur notwendig ist, da die kalte Seite der Bauelemente eine höhere Temperatur aufweist,

Claims

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Patentansprüche

Thermoelektrisches System zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem auf eine hohe Temperatur erwärmten Fluidstrom,
gekennzeichnet durch wenigstens ein thermoelektrisches Bauelement (24; 68) zur Erzeugung der elektrischen Energie aufgrund einer daran anliegenden Temperaturdifferenz;

erste Wärmeübertragungsmittel (38, 40; 64, 66) mit wenigstens einem Wärmeleitrohr (40; 66) im Fluidstrom, wobei die Wärmeübertragungsmittel sich nach außerhalb des Fluidstroms erstrecken und thermisch mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement gekoppelt sind, so daß wenigstens ein Teil der Wärme aus dem Fluidstrom auf das wenigstens eine Bauelement übertragen wird; und zweite Wärmeübertragungsmittel (22, 47; 72, 74), die mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement thermisch gekoppelt sind und mit den ersten Wärmeübertragungsmitteln die Temperaturdifferenz an dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement ausbilden.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten Wärmeübertragungsmittel eine Mehrzahl von Wärmesammeiorganen (38; 64) umfassen, die im Fluidstrom angeordnet und mit dem wenigstens einen Wärmeleitrohr (40; 66) thermisch gekoppelt sind.
3. System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet.

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daß jedes Wärmesammelorgan (38; 64) im wesentlichen eben ist und in einer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms im wesentlichen parallel verlaufenden Ebene liegt.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wärmeübertragungsmittel eine Mehrzahl Wärmeleitrohre (40; 66) umfassen.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmeleitrohr (40; 66) mit jedem Wärmesammelorgan (38; 64) thermisch gekoppelt ist.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Wärmeleitrohr (40; 66) aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit besteht.
7. System nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitrohr (40; 66) aus Kupfer, rostfreiem Stahl oder Aluminium besteht.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Wärmeleitrohr (40; 66) im wesentlichen zylindrische Form hat.
9. System nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet,

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daß in dem Wärmeleitrohr (40; 66) ein Arbeitsfluid (42) enthalten ist, das im vollständig kondensierten Zustand 5-10 % des Innenvolumens des Wärmeleitrohrs einnimmt.
10. System nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweiten Wärmeübertragungsmittel Luftstromkühlorgane (72, 74) aufweisen, so daß an dem wenigstens einen Bauelement (65) eine niedrigere Temperatur als durch die ersten Wärmeübertragungsmittel ausgebildet wird.
11. System nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweiten Wärmeübertragungsmittel Wasserstromkühlorgane (22, 47) aufweisen, so daß an dem wenigstens einen Bauelement eine niedrigere Temperatur als durch die ersten Wärmeübertragungsmittel ausgebildet wird.
12. System nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Fluidstrom gegenüber den zweiten Wärmeübertragungsmitteln (72, 74) isoliert ist.
13. Thermoelektrisches System zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Abwärmestrom,
gekennzeichnet durch thermoelektrische Bauelemente (24; 68) zur Erzeugung der elektrischen Energie aufgrund einer daran angelegten Temperaturdifferenz;

erste wärmeübertragungsmittel mit einer Mehrzahl Wärmeleitrohre (40, 66), von denen Abschnitte im Abwärmestrom

liegen und die mit den thermoelektrischen Bauelementen gekoppelt sind zur Übertragung einer Teils der Abwärme zu den thermoelektrischen Bauelementen; und zweite Wärmeübertragungsmittel, die mit den thermoelektrischen Bauelementen gekoppelt sind zum Beaufschlagen derselben mit einer Temperatur, die niedriger als die durch die ersten Wärmeübertragungsmittel an die Bauelemente angelegte Temperatur ist, so daß an den thermoelektrischen Bauelementen eine Temperaturdifferenz ausgebildet ist.
14. System nach Anspruch 13,
gekennzeichnet durch

eine erste Kammer (14) zum Leiten der Abwärme und eine gegenüber der ersten Kammer hermetisch dichte zweite Kammer (16), die die zweiten Wärmeübertragungsmittel und die thermoelektrischen Bauelemente (24; 68) enthält.
15. System nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Wärmeleitrohre (40; 66) sich aus der ersten Kammer (14) in die zweite Kammer (16) erstrecken.
16. System nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten Wärmeübertragungsmittel eine Mehrzahl Wärmesammelorgane (38; 64) umfassen, die mit den Wärmeleitrohren (40; 66) gekoppelt sind.
17. System nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die Wärmesammeiorgane (38; 64) im wesentlichen eben sind und in einer zum Abwärmestrom im wesentlichen parallelen Ebene liegen.
18. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wärmeübertragungsmittel Luftkühlorgane (72, 74) zum Anlegen der niedrigeren Temperatur an die Bauelemente aufweisen.
19. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wärmeübertragungsmittel Wasserkühlorgane (22, 47) zum Anlegen der niedrigeren Temperatur an die Bauelemente aufweisen.
20. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitrohre (40; 66) aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitrohre (40; 66) aus Kupfer, rostfreiem Stahl oder Aluminium bestehen.
22. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnetn, daß die Wärmeleitrohre (40; 66) zylindrische Form haben.
23. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmeleitrohr (40; 66) ein Arbeitsfluid (42) enthält, das in vollständig kondensiertem Zustand 5—10 % des Innenvolumens des Wärmeleitrohrs einnimmt.
24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfluid (42) Wasser ist.
25. System nach einem der Ansprüche 13-24, gekennzeichnet durch ein Organ (18) zum Isolieren der Abwärme gegenüber den thermoelektrischen Bauelementen (24; 68).
26. System nach einem der Ansprüche 1-25, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine thermoelektrische Bauelement (24; 68) wenigstens ein η-leitendes thermoelektrisches Einzelelement (26) und wenigstens ein p-leitendes thermoelektrisches Einzelelement aufweist, und daß die n- und die p-leitenden Einzelelemente elektrisch in Reihe und thermisch parallelgeschaltet sind.
27. System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die n- und die p-leitenden Einzelelemente (26, 28) so ausgelegt sind, daß ihr Wärmeleitwiderstand im wesentlichen an denjenigen der ersten und zweiten Wärmeübertragungsmittel angepaßt ist, so daß das thermoelektrische Bauelement (24; 68) die maximale elektrische Ausgangsleistung erzeugt.

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28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoelektrische Bauelement (24; 68) zwei im wesentlichen ebene Substratplatten (30, 34) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedriger elektrischer Leitfähigkeit aufweist, zwischen denen die n- und die p-leitenden Einzelelemente (26, 28) eingeschlossen sind.
29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (30, 34) ein Leitermuster (32, 36) zum elektrischen Reihenschalten der Einzelelemente (26, 28) aufweisen.
30. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermuster (32, 36) aus Kupfer gebildet ist.
31. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (30, 34) Innenflächen aufweisen,

daß das Leitermuster (32, 36) durch Siebdrucken auf die Innenflächen der Substrate aufgebracht ist.
32. System nach einem der Ansprüche 26-31, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoelektrische Einzelelement (28) aus ca. 10-20 % Wismut, ca. 20-30 % Antimon, ca. 60 % Tellur und weniger als 1 % Silber besteht.

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33. System nach einem der Ansprüche 26-31, dadurch gekennzeichnet,

daß das p-leitende thermoelektrische Einzelelement (28) aus ca. 10-20 % Wismut, ca. 20-30 % Antimon, ca. 60 % Tellur, weniger als 1 % Silber und ca. 0,2 % Telluriodid (Tel.) als p-Dotierstoff besteht.
34. System nach einem der Ansprüche 26-31, dadurch gekennzeichnet,

daß das η-leitende thermoelektrische Einzelelement (26) aus ca. 40 % Wismut, ca. 54 % Tellur und ca. 6 % Selen besteht.
35. Thermoelektrisches System zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Fluidstrom, der auf eine hohe Temperatur erwärmt ist,

g.ekennzeichnet durch wenigstens ein thermoelektrisches Bauelement (24; 68) zur Erzeugung der elektrischen'Energie aufgrund einer Temperaturdifferenz, die entfernt von dem erwärmten Fluidstrom daran angelegt wird;

-. im Fluidstrom angeordnete erste Wärmeübertragungsmittel (38, 40; 64, 66), die aus dem Fluidstrom nach außerhalb verlaufen und mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement (24; 68) thermisch gekoppelt sind zur Übertragung wenigstens eines Teils der Wärme des Fluidstroms zu dem wenigstens einen Bauelement; und zweite Wärmeübertragungsmittel (22, 47; 72, 74), die mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement thermisch gekoppelt sind und mit den ersten Wärmeübertragungsmitteln die Temperaturdifferenz an dem wenigstens einen thermoelektrischen Bauelement ausbilden.
36. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wärmeübertragungsmittel eine Mehrzahl Wärmesammelorgane (38; 64) aufweisen, die im Fluidstrom angeordnet sind.
37. System nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wärmeübertragungsmittel wenigstens ein Wärmeleitrohr (40; 66) aufweisen.
38. System nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmesammeiorgan (38; 64) im wesentlichen eben ist und in einer zur Fluidströmungsrichtung im wesentlichen parallel verlaufenden Ebene liegt und mit dem wenigstens einen Wärmeleitrohr (40; 66) thermisch gekoppelt ist.
39. System nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wärmeübertragungsmittel eine Mehrzahl Wärmeleitrohre (40; 66) umfassen.