DE3523773A1 - Geraete und aggregate zur nutzung thermo-elektrischer effekte als stromerzeuger oder als waermepumpe - Google Patents

Description

Wenn zwei verschiedene Metalle A und B, oder auch Halbleiter, in einer Anordnung gem. Fig. 1a miteinander verbunden werden, fließt bekanntlich in dem geschlossenen Leiterkreis kein Strom, obwohl an den Berührungsflächen Kontakt-Spannungen, bei Metallen die sog. Volta- und Galvani-Spannungen, entstehen. Wird jedoch an eine der Verbindungsstellen dauernd Energie zugeführt, beispielsweise durch Erwärmung, dann vergrößert sich die Berührungsspannung in dieser Doppelschicht gegenüber der kalten Kontakt-Stelle, bzw. sog. Lötstelle, und es fließt ein Strom. Die Differenz beider Spannungen nennt man die thermoelektrische Spannung. Sie ist, abgesehen von der Temperatur-Differenz, von den Metall- oder Halbleiter-Paarungen abhängig. Man nennt derartige Kontakt-Paare auch Thermopaare oder Element-Paare mit den Schenkeln A und B.

Außerdem fließt durch die Metall-Schenkel A und B bei Energie- Zufuhr von der heißen Kontakt-Stelle bzw. Lötstelle HL Wärme Q 1 und Q 2 zur kalten Lötstelle KL und es entsteht zusätzlich Wärme, sog. Joule-Wärme, verursacht durch den elektrischen Strom I in den Schenkeln.

Insbesondere der Wärmefluß Q 1 und Q 2 wegen der Wärmeleitung der der Metalle oder Halbleiter vermindert erheblich die Effektivität bzw. den Wirkungsgrad von thermoelektrischen Einrichtungen sowohl nach dem Seebeck-Effekt als auch nach dem komplementären Peltier- Effekt.

Da die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit von Metallen in Ihrer Qualität nach dem Wiedemann-Franz'schen Gesetz miteinander gekoppelt sind da auch bei Verwendung von Halbleitern wegen ähnlicher Verhältnisse die Ergebnisse bisher noch unbefriedigend sind, hat es zahlreiche Vorschläge gegeben, durch spezielle Anordnung und Formgebung der Bauteile oder Nutzung zusätzlicher anderer Effekte insbesondere den Wärmestrom zu reduzieren und damit die Effektivität von thermoelektrischen Einrichtungen zu verbessern. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise hingewiesen auf die Patentschriften US 4 34 587, DE P 8 23 299, DE AS 2 73 402, DE OS 32 02 791. Die dort beschriebenen Verfahren lassen - mehr oder weniger - nur eine Verminderung des störenden Wärmestromes erwarten.

Ziel der Erfindung ist es, die wegen Wärmeleitung in den Element- Schenkeln auftretenden Verlust-Wärmeströme von der heißen zur kalten Lötstelle oder zwischen anderen Bauteilen mit unterschiedlicher Temperatur vollständig oder sehr weitgehend zu verhindern und damit die Effektivität von thermoelektrischen Einrichtungen sowohl nach dem Seebeck- als auch nach dem Peltier-Effekt erheblich zu steigern.

Dies wird erreicht durch eine neuartige Einfügung von elektrotechnischen Bau- bzw. Wirkungselementen in thermoelektrische Einrichtungen bzw. Schaltungen in Verbindung mit neuartigen Betriebsarten. Hieraus resultiert u.a. auch ein neuartiges Funktions-Prinzip mit nur einer Kontakt-Stelle im System.

Damit ein elektrischer Gleichstrom, verursacht durch eine Spannung bzw. eine Potential-Differenz, und ein Wärmestrom, verursacht durch eine Temperatur-Differenz, in einem leitfähigen Material fließen kann, muß das Leiter-Material einen ununterbrochenen Strom- Pfad darstellen.

Der elektrische Strom kann jedoch als zeitlich veränderlicher Strom, beispielsweise als Wechselstrom, auch diskontinuierliche Material-Stellen überbrücken bzw. Material, das ein schlechter elektrischer und thermischer Leiter, bzw. ein sog. Isolator, ist. Dies gilt beispielsweise für das Dielektrikum in einem elektrischen Kondensator. Man spricht dann von einem sog. Verschiebungsstrom. Ein derartiges Dielektrikum ist jedoch nicht, oder nur sehr wenig, durchlässig für einen Wärme-Strom.

Ein Kondensator kann also eine Sperre für einen unerwünschten Wärme-Fluß darstellen, während er einen elektrischen Strom fließen läßt.

Der zeitlich veränderliche Strom kann dabei ein Wechselstrom sein oder auch ein variabler Gleichstrom mit abwechselnder Aufladung und Entladung des Kondensators oder Umpolung.

Erfindungsgemäß werden daher in thermoelektrische Einrichtungen, bzw. Geräte oder Aggregate, elektrische Kondensatoren vorzugsweise in die Element-Schenkel eingebaut und es werden die sog. Thermopaare, nachfolgend auch als Kontakt- oder Element-Paare bezeichnet, mit zeitlich veränderlichem pulsierendem oder intermittierendem Strom, beispielsweise zerhacktem bzw. Impuls-Gleichstrom, betrieben. Der elektrische Strom sowie das Auf- und Entladen der Kondensatoren wird dabei, wenn keine äußere Steuerung genutzt werden kann, vorzugsweise durch in das thermoelektrische System eingebaute Schalter gesteuert.

Es werden nachstehend mehrere Anordnungen bzw. Schaltungen beschrieben sowohl mit zwei Löt- bzw. Kontakt-Stellen, wobei Kondensatoren die thermische Verbindung der Kontakt-Stellen trennen, und auch - als eine neuartige Besonderheit - mit nur einer Lötstelle in einem Funktions-System. Der Kondensator ersetzt bzw. vermeidet dabei gewissermaßen die zweite üblicherweise gegengepolte Lötstelle zur Bildung eines geschlossenen Stromkreises, der dann allerdings mit einem zeitlich veränderlichem Strom betrieben werden muß, wobei der Kondensator in bekannter Weise als Ladungsspeicher fungiert für Auf- und Entladungsstörme. Dabei wird bei einigen Schaltungen die Eigenschaft des Kondensators als Träger unterschiedlicher elektrischer Ladungen auch nach dem Influenz-Prinzip genutzt.

Die Fig. 1a zeigt zunächst den prinzipiellen Aufbau eines Thermoelementes bestehend aus den Schenkeln A und B, die an der Heißlötstelle HL und an der Kalt-Lötstelle KL miteinander verbunden sind. Der Stromkreis, für die Funktion als Stromerzeuger, ist in der Darstellung kurzgeschlossen ohne Nutzlast. An den Löt- bzw. Kontakt- Stellen treten Spannungen auf, die bei unterschiedlichen Temperaturen einen Gleichstrom I fließen lassen. Außerdem fließen in den Schenkeln die Verlust-Wärmeströme Q 1 und Q 2. Die meist kleinere Joule- Wärme ist nicht eingezeichnet.

In Fig. 1b ist das elektrische Prinzip-Schaltbild angegeben. Die Kontakt- bzw. Thermo-Spannung, hier auch als elektromotorische Kraft EMK bezeichnet, an der heißen Lötstelle HL ist stärker als die EMK-KL an der kalten Lötstelle, wonach trotz Gegenpolung der Thermostrom I fließt.

Die Fig. 2a zeigt schematisch ein Thermopaar, wobei in die durch Brücken C 1 und C 2 verbundenen Schenkel A und B die Kondensatoren K 1 und K 2 eingebaut sind. Außerdem sind Schalter, in der Darstellung als rotierende Zerhacker-Schalter, Z 1 und Z 2 eingesetzt, die den Gleichstrom in periodisch aufeinanderfolgende Stromstöße verwandeln.

Statt der Schalter, auch Stromrichter oder Strom-Variatoren genannt, mit bewegten Kontakten können auch sog. elektrische Ventile, beispielsweise in der Bauart als Thyristor, eingebaut bzw. eingeschaltet werden.

Ein Verbraucher, z.B. eine Ohm'sche Last oder ein Motor, ist zunächst wiederum nicht in den thermoelektrische Stromerzeuger eingezeichnet; der Stromkreis ist kurzgeschlossen.

Die Kondensatoren könnten, wie dargestellt, beispielsweise als Platten-Kondensator ausgeführt sein. Dabei sollten die Platten bzw. metallischen Schichten vorzugsweise aus dem Material der Schenkel A und B bestehen, in die sie eingesetzt sind. Es wären jedoch auch andere Material-Kombinationen möglich, wenn die an den zusätzlichen Metall- oder Halbleiter-Kontakten aus verschiedenem Material entstehenden Spannungen die Haupt-Betriebsspannung, also die effektive Differenz-Spannung aus den Spannungen bei HL und KL, nicht oder nur unwesentlich vermindern.

Das Dielektrikum zwischen den metallischen Kondensator-Platten soll nur eine sehr geringe bzw. praktisch gar keine Wärmeleitfähigkeit besitzen, so daß Wärme-Ströme Q von der heißen zur kalten Lötstelle durch die Schenkel A und B nicht fließen können und daher auch nicht eingezeichnet sind. Ebenso wurde wieder auf die Einzeichnung einer Nutzlast verzichtet.

Die Fig. 2b zeigt das entsprechende elektrische Prinzip-Schaltbild, wobei an der heißen Lötstelle die thermoelektrische Kontakt- Spannungsquelle EMK-HL und an der kalten Lötstelle die Spannungsquelle EMK-KL eingezeichnet sind. Bei offenen, vorzugsweise synchron betriebenen, Zerhacker-Schaltern Z 1 und Z 2 werden die Kondensatoren K 1 und K 2 durch die Spannungsquelle EMK-HL aufgeladen. Dabei erhalten die an die Spannungsquelle direkt angeschlossenen Kondensator-Platten, in Fig. 2a und 2b also die oberen Platten, ein Plus- oder Minus-Potential, wie eingezeichnet.

Durch Influenz bildet sich an den gegenüberliegenden unteren Platten eine Ladungs-Doppelschicht. Auf der dem Dielektrikum zugewandten Seite des des Kondensators K 1 sammeln sich die Negativ-Ladungen, auf der abgewendeten Seite die Positiv-Ladungen, wie angedeutet. Am Kondensator K 2 ist es umgekehrt.

Die dem Schalter Z 1 zugewendete Seite, bzw. Oberfläche, des Kondensators K 1 trägt also eine positive Ladung; am Kondensator K 2 ist es unten eine negative Ladung.

Wenn nun die Schalter Z 1 und Z 2 geschlossen werden, sind die unteren Kondensator-Platten mit der Spannungsquelle EML-KL verbunden. Entsprechend der vorangegangenen Influenz-Aufladung stehen dann positive Ladungsschichten auf der Unterseite von K 1 in Verbindung mit dem Plus-Pol der EMK-KL und negative Ladungen von K 2 mit dem Minus-Pol. Dies gilt, wenn die Kondensator-Platten in eine übliche Material-Anordnung der Schenkel, wie in Fig. 2a und 2b dargestellt, eingebaut sind.

Es ist dann wegen gewisser Ladungs-Veränderungen bzw. -Umschichtungen verursacht durch die EMK-KL ein kurzfristiger Strom-Fluß I zu erwarten; er ist aber wegen der gleichartigen Polung der Anschlüsse gering. Nach Kontakt-Unterbrechung erfolgt wieder eine Aufladung der Kondensator-Platten wie vorbeschrieben.

Bessere Ergebnisse bzw. höhere Stromstärken sind zu erwarten, wenn die Kondensatoren an den unteren Platten in einer besonderen Weise an den Stromkreis angeschlossen werden.

In Fig. 2c sind in einem Schaltbild ähnlich 2b die Kondensator-Platten vergrößert eingezeichnet. In den unteren Platten sind die Doppel- Schichten der Ladung erkennbar. Wenn die Anschlüsse zu den Schaltern, wie eingezeichnet, an die dem Dielektrikum zugewandten Platten- Oberflächen gelegt werden, fließt bei geschlossenen Schaltern Z 1 und Z 2 ein Entladestrom Ie über die dann nicht mehr gegengepolte Kontaktstelle KL.

Zusätzliche Schalter Z 3 und Z 4 im oberen Stromkreis, die in ihrer Öffnungs- und Schließ-Stellung umgekehrt zu Z 1 und Z 2 gesteuert werden, könnten den Effekt bzw. Strom verstärken. Bei der vorbeschriebenen Entladung über geschlossene Schalter Z 1 und Z 2 wären also Z 3 und Z 4 geöffnet.

Die Fig. 2d zeigt eine Kondensator-Bauweise mit drei Platten am Beispiel des Kondensators K 1. Die untere Platte aus Fig. 2c ist dabei unterteilt in zwei getrennte Schichten Pu 1 und Pu 2, die miteinander leitend verbunden sind. Auf diese Weise sind auch die in der unteren Platte influenzierten Ladungen getrennt. Po ist die obere Platte.

In einer Kondensator-Ausführung gem. Fig. 2e ist der Influenz-Effekt noch weiter genutzt durch Hinzufügen einer Schicht Pu 3, die aber von Pu 2 durch ein Dielektrikum getrennt ist. Bei Anschluß des Kondensators K 1 zur Aufladung an die EMK-HL entstehen durch Influenz mehrere Schichten und es entsteht auf der Platte Pu 3 ein Minus- Potential, wie zur Entladung über die EMK-KL erwünscht.

Bei den speziellen Kondensator-Schaltungen gem. Fig. 2c, 2d oder 2e könnte die Lötstelle KL die gleiche Temperatur wie HL besitzen, so daß auch die EMK-HL und die EMK-KL gleich wären.

Die Fig. 3a zeigt eine Material- bzw. Element-Kombination abweichend von den bekannten Thermopaar-Anordnungen nach Seebeck oder Peltier. Die durch den Kondensator unterbrochenen Element-Schenkel bestehen auf der einen Seite des Kondensators aus dem Material A und auf der anderen aus dem Material B. Die Schenkel-Enden sind wiederum durch Brücken C 1 und C 2 miteinander verbunden, woraus sich die Lötstellen HL und KL ergeben.

Die Material-Paare sind dabei mit ihren elektrischen Wirkungen bzw. Spannungen an den Kontakt-Stellen im Gegensatz zu den Anordnungen gem. Fig. 1 und 2 nicht gegen-gepolt sondern in Reihe geschaltet. Die Fig. 3b zeigt hierzu das Prinzip-Schaltbild.

Bei geschlossenen Schaltern Z 1 und Z 2 werden die Kondensator-Platten jeweils voll positiv oder negativ aufgeladen entsprechend den Pol- Anschlüssen an die Spannungsquellen EMK-HL und EMK-KL.

Nach Öffnung der Schalter Z 1 und Z 2 bleiben die Ladungen verschiedener Art in den Kondensatoren erhalten. Wegen Unterschieden in der Aufladung der Platten, resultierend aus Temperatur- und damit auch Spannungs-Differenzen zwischen HL und KL, treten Stromstöße auf; Sie sind jedoch als Nutz-Ströme noch nicht befriedigend.

In der Schaltung gem. Fig. 4a ist die Anordnung nach Fig. 3a und 3b ergänzt durch eine Entlade-Leitung E 1, diesmal mit einem Last- Widerstand L 1. Außerdem sind die Unterbrecher-Schalter Z 1und Z 2 umgewandelt in Umschalter U 1 und U 2. Es sind weiterhin in Fig. 4a abweichend von 3a und 3b die Schenkel-Teile vor und hinter den Schaltern U 1 und U 2 aus unterschiedlichem Material. Es entstehen dadurch zusätzliche Kontakt-Spannungen, die sich jedoch gegenseitig aufheben.

Fig. 4b zeigt die Material-Anordnung für die untere Schenkel- bzw. Element-Kombination. Dabei sind die Umschalter nur symbolisch dargestellt und die Entlade-Leitung ist nicht eingezeichnet. Das Schalter-Material ist zweckmäßigerweise derart auszuwählen, daß störende Kontakt-Spannungen möglichst vermieden werden, und entspricht beispielsweise den davor liegenden Schenkel-Teilen. Es könnte in prinzipiell gleicher Weise auch eine Entladungsleitung E 2 in das obere Element mit der EMK-HL gelegt werden mit Umschaltern U 3 und U 4. Zur Vereinfachung soll aber die Funktion nur mit einer Entlade-Leistung E 1 beschrieben werden.

Zunächst werden, wie bei Fig. 3b, die Kondensatoren durch Direkt- Verbindung über die geschlossenen Schalter in Kontakt-Stellung a aus den Spannungsquellen EMK-HL und EMK-KL aufgeladen. Nach Öffnung der Schalter bleiben die unterschiedlichen Ladungen auf den Platten der Kondensatoren K 1 und K 2 erhalten. In der weiteren Schaltfolge verbinden die Umschalter U 1 und U 2 in den Kontak-Stellungen b die unteren unterschiedlich aufgeladenen Kondensator-Platten von K 1 und K 2 mit der Entlade-Leitung E 1; dabei erfolgen die Schalt-Vorgänge von U 1 und U 2 zweckmäßigerweise synchron. Es fließt über E1 ein Entlade-Strom Ie 1. Die Entlade-Leitung kann beispielsweise aus dem Material der bei Fig. 3a erwähnten Löt-Brücken C bestehen. Die Material-Kombination mit den Schenkel-Teilen über den Schaltern bewirkt eine Kontakt- Spannung, die der EMK-KL entgegengesetzt ist und die Entladung der unteren Kondensator-Platten über E 1 begünstigt. Die Effekte wären gleichartig am oberen Element-Paar, wenn dort eine weitere Entlade-Leitung E 2 mit Umschaltern U 3 und U 4 eingebaut werden.

Die Umschaltungen werden periodisch mit möglichst hoher Frequenz wiederholt.

Ladeströme Ia und Entladeströme Ie können auch als Nutz-Ströme verwendet werden. Zur Nutzung der Lade-Ströme werden dann Verbraucher- Einheiten auch in die Schenkel eingebaut.

Eine Verlust-Wärme fließt über die Entlade-Leitungen nicht, da die Schenkel auf beiden Seiten der Lötstelle gleiche Temperatur haben. Da außerdem bei der Anordnung nach Fig. 4a eine Temperatur-Differenz zwischen den HL und KL keine effektive Bedeutung hat, könnten die Temperaturen an den Löt- bzw. Kontakt-Stellen gleich sein.

Die Temperatur ist dabei zweckmäßigerweise so hoch wie möglich, da entsprechend die Kontakt-Spannung und Aufladung steigt mit dem Resultat größerer Ströme.

Die Material-Anordnungen sowie Funktionen für Ladung und Entladung gem. Fig. 4 führen zu einer anderen abgewandelten Schaltung, die in Fig. 5a dargestellt ist. Hierbei wird statt einer speziellen Entlade-Leitung die Kontakt-Spannungsquelle EMKL-KL zur Aufladung und zur Entladung der Kondensatoren periodisch umgepolt. Wie im Schaltbild Fig. 5a gekennzeichnet, ist auch hier das Material der Schenkel-Teile vor und hinter den Umschaltern U 1 und U 2 unterschiedlich.

Die Aufladung der Kondensatoren erfolgt durch die EMK-KL in den Schalter-Stellungen a der Umschalter. Die dabei entstehenden zusätzlichen Kontakt-Spannungen zwischen den unterschiedlichen Schenkel- Teilen heben sich gegenseitig auf.

In der Schalterstellung b wird die EMK-KL umgepolt an die unteren Kondensator-Platten angeschlossen und es folgt Entladung bzw. umgepolte Aufladung.

Die Schalt- und Umpolungseinrichtungen könnten auch ergänzt werden durch Schalter-Kontakte c, zwischen a und b, die durch eine Null- Ausgleichsleitung verbunden sind.

Die Umschaltungen sollen periodisch mit möglichst hoher Frequenz erfolgen zur Steigerung der nutzbaren Effektivität der der wechselnden Ströme. Die Umschalter arbeiten zweckmäßigerweise synchron. Zur Nutzung der Auflade- und Entlade-Ströme können Verbraucher, z.B. Anschlüsse für Motoren, in die Schenkel oder die Verbindungsleitungen V 1 und V 2 eingebaut werden. Die Nutz-Lasten sind im Schaltbild nicht eingezeichnet.

Es gilt weiterhin auch hier, daß die Temperaturen an den Kontakt- Stellen HL und KL gleich sein können. Außerdem könnte in gleichartiger Weise ein Umpolungs-System auch in den oberen Element-Kreis mit der EMK-HL eingebaut werden.

Die Schaltung nach Fig. 5b kann als Kombination von 4a und 5a bezeichnet werden. Gem. Anordnung nach Fig. 5b ist als Vereinfachung nur ein Umschalter U 1 vorhanden und eine Entlade-Leitung E 1. Die Aufladung erfolgt in der Schalterstellung a, die Entladung bzw. der Ladungsausgleich in Stellung b. Es wird jedoch dabei die Kapazität von K 2 nur unvollkommen genutzt. Die Nutz-Ströme sind geringer. Wenn in den Anordnungen gem. Fig. 4 und 5 die Lade und Entlade- Ströme bzw. die Umpolungsströme gemeinsam genutzt werden, stehen sie hintereinander-gekoppelt als Wechselströme zur Verfügung.

Bekanntlich ist die nach dem Seebeck-Effekt formulierte Thermospannung eine Differenz-Spannung resultierend aus dem thermisch bedingten Unterschied zwischen den Kontakt-Spannungen an zwei Verbindungsstellen von gewissen Materialien, z.B. Metallen, bei verschiedenen Temperaturen.

Die Kontakt-Spannungen treten dabei an jeder Kontakt-Stelle von zwei Materialien auf. Ihre Größe ist im wesentlichen von der gewählten Material-Kombination und der Temperatur an dieser Stelle abhängig.

Jede Kontakt-Stelle ist also für sich allein eine Spannungsquelle bzw., wie hier auch genannt, eine EMK.

Es wurde daher bereits bei den Anordnungen gem. Fig. 2, 4 und 5 erwähnt, daß ein Temperatur-Unterschied bei HL und KL, bzw. EMK-HL und EMK-KL, für die Funktion in der betr. Schaltung nicht unbedingt erforderlich ist. Außerdem war bei einigen vorbeschriebenen Anordnungen die Wirkung einer zweiten EMK nur unwesentlich oder garnicht vorhanden.

Dies führt zu einer Anordnung für einen Stromerzeuger gem. Fig. 6, die - als weitere neuartige Besonderheit - nur ein Kontakt-Paar aus dem Element-Material A und B enthält.

Die Fig. 6a zeigt das Prinzip-Schaltbild. Die beiden Schenkel A und B bilden an der Kontakt-Stelle HL die Spannungsquelle EMK-HL. Zur Erzielung einer möglichst hohen Spannung wird die Kontakt- bzw. Lötstelle erhitzt. An den freien Enden sind die Schenkel mit den Kondensatoren K 1 und K 2, beispielsweise wieder in der Bauart als Platten-Kondensatoren, verbunden. Zweckmäßigerweise sind die oberen Platten aus dem gleichen Material wie die angeschlossenen Schenkel A und B, damit zusätzliche Kontakt-Spannungen vermieden werden; aber auch anderes Material wäre möglich, wenn die Stör-Spannungen sich gegenseitig aufheben oder nur unwesentlich sind.

An die unteren Kondesator-Platten ist ist eine Entlade-Leitung E 1 angeschlossen. In die Entlade-Leitung ist ein Trenn- bzw. Zerhacker- Schalter Z 1 eingebaut. Entladungsleitung und Schalter sind zweckmäßigerweise aus dem gleichen beliebigen Material hergestellt wie die angeschlossenen unteren Kondensator-Platten.

Die Fig. 6b zeigt die vorerwähnte Material-Anordnung mit den Schenkeln A und B, der Brücke C, sowie den Kondensator-Platten und der Entlade-Leitung E 1. Auch der Schalter Z 1 besteht zweckmäßigerweise aus dem Material der Leitung E 1. Bei geöffnetem Schalter Z 1 werden die Kondensatoren K 1 und K 2 durch die EMK-HL und Influenz aufgeladen. Bei geschlossenem Schalter gleichen sich die unterschiedlichen Ladungen der unteren Kondensator- Platten aus. Es fließt über die Leitung E 1 ein Entlade-Strom Ie als zerhackter oder, je nach Schalter-Funktion, pulsierender Gleichstrom. In die Entlade-Leitung E 1 könnte ein Nutzstrom-Verbraucher eingeschaltet sein. Ebenso wäre ein Nutzstrom-Verbraucher in der Auflade-Leitung, bzw. einem Schenkel, auf der Seite der oberen Kondensator- Platten möglich, da der Ausgleich der Influenz-Ladungen auf den unteren Platten nach erneuter Trenn-Schaltung einen neuen Ladungsaufbau bewirkt. Der Wechsel von Aufladung und Entladung gesteuert durch den Zerhacker- Schalter Z 1 sollte wiederum mit hoher Frequenz erfolgen. Die Kondensatoren könnten auch als Mehrplatten-Kondensatoren ausgeführt sein, wie z.B. in Fig. 2d und 2e dargestellt.

Die Fig. 6c zeigt eine Schaltung mit einer zusätzlichen Entlade- Leitung E 2 auf der oberen Kondensator-Seite. Hierzu sind dann auch die Umschalter U 1 und U 2 in den Schenkeln erforderlich. Dabei sollten, wie angedeutet, die Schenkel aus unterschiedlichen Material-Stücken zusammengesetzt sein. In den Schaltstellungen a der Umschalter und bei offenem Zerhacker Z 1 erfolgt Aufladung der Kondensatoren K 1 und K 2. In den Schaltstellungen b und bei geschlossenem Zerhacker-Schalter erfolgen Platten-Entladungen über die Leitungen E 2 und E 1. Bei der Bauart ist zu berücksichtigen, daß die Umschalter U 1 und U 2 auch bei hohen Temperaturen beständig sein müssen entsprechend der Aufheizung bei HL.

Die Fig. 7a zeigt eine andere Anordnung und Schaltung mit einer Kontakt-Spannungsquelle EMK-HL und nur einem Kondensator K. Über die Umschalter U 1 und U 2 kann eine Entladungsleitung bzw. Ausgleichsleitung E mit den beiden Platten des Kondensators verbunden werden.

In den Schaltstellungen a sind die Schenkel A und B über die Verbindungsleitungen B 1 und A 1 mit den Platten des Kondensators zur Aufladung verbunden. Dabei bestehen die Verbindunggsleitungen aus beliebigem Material oder, wie mit der Kennzeichnung angedeutet, jeweils aus dem anderen Schenkel-Material. Die zusätzlichen Kontakt- Spannungen heben sich gegenseitig auf. In den Schaltstellungen b sind die Kondensator-Platten über die Verbindungsleitungn B 1 und A 1 mit der Entlade-Leitung E verbunden. Die Entlade-Leitung kann aus beliebigem leitendem Material bestehen. Die Kontakt-Spannung zwischen B 1 und A 1 unterstützt die Entladung. Die Kondensator-Platten können ebenfalls aus beliebigem gleichartigem Material bestehen oder beispielsweise auch aus dem Material B und A der angeschlossenen Verbindungsleitungen B 1 und A 1. In den Stromkreis für Aufladung ist eine Nutzlast La und in den Stromkreis für Entladung eine Nutzlast Le in das Schaltbild eingezeichnet.

Die Fig. 7b zeigt eine Anordnung bzw. Schaltung zur Vermeidung von gegen-gepolten Kontakt-Spannungen. Hierbei entsprechen die Verbindungsleitungen A 1 und B 1 zum Kondensator im Material den über die Schalter angeschlossenen Schenkel A und B. In der Stellung a der Umschalter U 1 und U 2 erfolgt die Kondensator- Aufladung. Der Kondensator K ist hier als 4-Platten-Kondensator ausgebildet, vergleichbar beispielsweise mit der Bauart und Funktionsweise gem. Fig. 2e. Zur Entladung werden in Schaltstellung b die mittleren Kondensator-Platten an die Entlade-Leitung E angeschlossen. Die mittleren Platten können aus gleichartigem Material bestehen.

Die Fig. 8a zeigt eine weitere Anordnung und Schaltung mit einer thermoelektrischen Kontakt-Spannungsquelle EMK-HL an der Verbindungsstelle der Schenkel A und B und einem Kondensator K sowie mit der Entlade-Leitung E. Das Auf- und Entladen des Kondensators erfolgt durch periodische Umpolung der Anschlüsse der Kontakt-Spannungsquelle an die Kondensator mittels der Umschalter U 1 und U 2 in den Schaltstellungen a und b. Dazwischen liegt in der Schaltstellung c die Entladung über Leitung E. Die Verbindungsleitungen zwischen den Kontakten und den Kondensator- Platten sowie die Platten selbst sind aus beliebigem, zweckmäßigerweise gleichartigem, leitendem Material. Die Auswahl des Verbindungsmaterials erfolgt derart, daß sich zusätzliche Kontaktspannungen gegenseitig ganz oder weitgehend aufheben.

In die Entlade-Leitung ist eine Nutzlast L eingezeichnet. Weitere Nutz-Lasten können in die Schenkel eingebaut sein. Im Kondensator ändert sich beim periodischen Umschalten von Ladung, Entladung, Umgepolter Ladung usw. ständig das elektrische Feld. Durch den Kondensator fließt ein Wechselstrom als sog. Verschiebungsstrom. Seine Größe ist u.a. von der Kontakt-Spannung bzw. der EMK-HL, von der Schalt-Frequenz und der Kondensator-Kapazität abhängig.

Die Fig. 8b zeigt eine Schaltung und Anordnung ähnlich 8a jedoch ohne Entlade-Leitung. Die Änderung der Ladungszustände des Kondensators erfolgt allein durch Umpolung der Anschlüsse an die Spannungsquelle EMK-HL. Nutzlasten können in den Kondensator-Stromkreis und/ oder in die Schenkel eingeschaltet werden.

Bekanntlich sind die thermoelektrischen Kontakt-Spannungen bei bisher ausgeführten Paarungen von Metallen oder Halbleitern auch bei hohen Temperaturen an der Verbindungs- bzw. Löststelle nur relativ niedrig. Sie liegen etwa in dem Bereich von 50 - 500 mV. Es lassen sich aber hohe Stromstärken erreichen, wenn die Widerstände im Stromkreis nur klein sind.

Für die meisten Nutz-Anwendungen von elektrische Strömen, beispielsweise Betrieb von Heizungen oder Motoren, sind jedoch auch höhere Spannungen erwünscht bzw. notwendig.

Es wird daher als Ergänzung zu dem vorbeschriebenen Funktions- und Bau-Prinzip, bzw. zu den vorbeschriebenen Schaltungen, ein elektrischer Transformator vorgeschlagen, der in bekannter Weise die großen Ströme mit kleiner Spannung umwandelt in kleinere Ströme mit entsprechend höherer Spannung, möglichst in der Größenordnung von 20 - 220 V. In der Ausführung eines Trafos besteht bei den hohen Stromstärken thermoelektrischer Stromerzeuger die Möglichkeit, als sog. Primär-Wicklung nur einen geraden Strom-Leiter, beispielsweise einen Schenkel, zu verwenden, da die Länge der stromführenden Bauteile zur Reduzierung Joule'scher Wärme möglichst kurz sein soll.

Die Fig. 9 zeigt ein Einbau-Beispiel für einen Trafo in Anlehnung an die Schaltung gem. Fig. 8b. In den Kondensator-Stromkreis ist hier anstatt des Direkt-Verbrauchers L ein Transformator T eingebaut, an dessen Sekundär-Wicklung beispielsweise ein Motor M angeschlossen ist.

Je nach Einbaustelle der Transformatoren als eine Induktivität in die Schaltungen können u.U. zusätzliche Maßnahmen bzw. Bauelemente zur Funkenlöschung an Schaltern erforderlich werden, wofür es bekannte Methoden gibt.

Bei einigen Schaltungen der vorbeschriebenen Art könnte u.U. an den Schalt-Kontakten eine vollständige Strom-Unterbrechung zur Vermeidung von Funken-Bildung unterbleiben und es könnte der Strom zwischen einem Maximal-Wert und einem kleinen Wert über Null gesteuert werden.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung höherer und damit besser nutzbarer Spannungen ist eine Reihen-Schaltung der Kontakt-Spannungsquellen ähnlich den aus Thermoelementen in bekannter Weise zusammengesetzten sog. Thermosäulen. Allerdings führt die additive Zusammenschaltung der kleinen Spannungen der Einzel-Elemente noch nicht zu hohen Spannungen, da die Anzahl und damit der bauliche Aufwand in Grenzen bleiben muß. Vorteile zur Verminderung der Bauteile und damit des Bau-Aufwandes bieten die vorbeschriebenen Anordnungen mit nur einer Kontakt-Stelle je Funktions-Einheit.

Die Fig. 10 zeigt schematisch vereinfacht ein Beispiel einer Reihenschaltung von n Kontakt-Spannungsquellen EMK gebildet aus dem Element-Material A und B mit den Kondensatoren K 1 bis Kn-1. Die Umschalter U, Anzahl ebenfalls 1-(n-1), sind nur symbolisch dargestellt und angeordnet. Sie könnten in Anlehnung an die vorher beschriebenen diversen Schaltungen unterschiedlich gebaut und angeordnet sein. Die Umschaltung an den Kondensatoren könnte ohne oder mit Entladungsleitung erfolgen.

Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit zur Spannungserhöhung durch wechsende Umschaltung von parallel aufgeladenen Kondensatoren in eine Reihenschaltung.

Eine Möglichkeit zur Optimierung der Ausnutzung der an den Lötstellen zugeführten Wärme mit hoher Temperatur ist, in bekannter Weise, die Anordnung der Element-Paare in einer thermischen Reihenschaltung, als sog. thermoelektrische Kaskaden oder als sog. segmentierte Thermoelemente, deren Stufen elektrisch voneinander getrennt sind.

Die thermoelektrische Strom-Erzeugung nach dem Seebeck-Effekt z.B. in einer Anordnung gem. Fig. 1 wird insbesondere bewirkt durch Wärme-Zufuhr an der heißen Kontaktstelle der beiden Schenkel. Wenn in einer energetischen Umkehr im geschlosssenen Stromkreis ein Gleichstrom durch eine äußere eingeprägte Spannung erzeugt wird, entstehen an den Lötstellen die bekannten Wärme-Effekte mit Erwärmung und Abkühlung gem. dem komplementären Peltier-Effekt.

Die Fig. 11a und 11b zeigen in Gegenüberstellung die Anordnungen bzw. Schaltungen für beide Effekte.

Das Schenkel-Material A und B ist an den Lötstellen HL und KL miteinander verbunden. Bei Energie-Zufuhr als Wärme in der Seebeck- Anordnung gem. Fig. 11a fließt ein Strom I, wie ein Strom-Meßgerät S anzeigt.

Bei Energie-Zufuhr als Elektrizität über einen Gleichstrom-Generator G gem. Fig. 11b entstehen, je nach Strom-Richtung, Erwärmungs- und Abkühlungs-Effekte an den Kontaktstellen der Schenkel.

Wie bei Seebeck-Anordnungen wird die Effektivität auch bei Peltier- Anordnungen durch Wärmeströmungen in den Schenkeln von den heißen zu den kalten Kontaktstellen stark vermindert.

Erfindungsgemäß werden zur Vermeidung dieser Wärmeströmungen auch bei Anordnungen bzw. Anwendungen nach dem Peltier-Effekt Kondensatoren als Wärmefluß-Sperre eingebaut. Dies gilt sowohl für Anordnungen mit zwei Lötstellen HL und KL je Funktions-Einheit als auch mit nur einer Kontaktstelle.

Die Fig. 12a zeigt als Beispiel eine Schaltung in Anlehnung an die Anordnung gem. Fig. 7a. Es ist nur eine Kontaktstelle HL der beiden Schenkel A und B vorhanden. Die Verbindungsleitungen B 1 und A 1 zwischen den Umschaltern U 1 und U 2 und dem Kondensator K 1 sowie u.U. auch die daran angeschlossenen Kondensator-Platten bestehen zweckmäßigerweise aus dem jeweils anderen Material B und A, wie mit der Kennzeichnung angedeutet. Die Verbindungsleitungen und Kondensator-Platten können aber auch aus einem beliebigen leitenden Material bestehen. Es muß lediglich die Potential-Differenz bzw. Entlade-Spannung an den Kondensator- Platten größer sein als die Summe der Kontakt-Spannungen im Entlade-Stromkreis.

In den Schalterstellungen a werden die Kondensator-Platten über die Leitung E durch den Gleichstrom-Generator G aufgeladen. In den Schalterstellungen b erfolgt Entladung über den Stromkreis mit den Schenkeln A und B. Die Spannung des Generators und damit die Potential- Differenz der aufgeladenen Kondensator-Platten ist größer als die im Schenkel-Stromkreis auftretenden Kontakt-Spannungen, die sich im übrigen bei der beschriebenen Material-Anordnung teilweise gegenseitig aufheben.

Je nach Polung des Generators und damit der Kondensator-Platten fließt im Entlade-Stromkreis über die Schenkel bzw. deren Kontakt- Stelle HL ein Strom mit unterschiedlicher Richtung. Je nach beabsichtigter Verwendung der Einrichtung wird dabei an der Kontakt- Stelle HL Wärme abgegeben oder - in der technisch bevorzugten Anwendung zur Kühlung - einem umgebenden Medium Wärme entzogen. Die Schenkel und Verbindungsleitungen zwischen HL und dem Kondensator werden so kurz wie möglich ausgeführt, um den Ohm'schen Widerstand und damit die Joule-Wärme so klein wie möglich zu halten.

Als zusätzlichen Schutz gegen einen störenden bzw. die Effektivität mindernden Wärmefluß zur Kontaktstelle HL können auch zusätzliche Kondensatoren K 2 und K 3 spezielle als Wärmefluß-Sperre in der Nähe der Kontakt-Stelle HL eingebaut werden, wie in Fig. 12b dargestellt.

Auch bei Anordnungen zur Nutzung des Peltier-Effektes könnte ein Transformator, in diesem Falle ergänzt durch einen Gleichrichter, dem Gleichstrom-Generator oder einer anderen äußeren Stromquelle nachgeschaltet verwendet werden zur Erzeugung hoher Stromstärken bei der Aufladung. Ein zusätzlicher baulicher Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit, ein gerades Teil-Stück eines Strom-Pfades, z.B. einer Auflade-Leitung oder eines Schenkels, als Sekundär-Wicklung zu verwenden. Dies erlaubt kurze und baulich einfache Strom-Leiter in der Funktions-Einheit und wäre eine Strom-Einspeisung ohne Leiter-Unterbrechung und Kontakte.

Die Fig. 12c zeigt ein Beispiel einer Funktions-Einheit bzw. Schaltung mit zwei Kontakt-Stellen HL und KL. In die Schenkel B und A sind die Gleichstrom-Generatoren bzw. äußeren Stromquellen G 1 und G 2 eingeschaltet. Die Umschalter U 1 und U 2 sowie U 3 und U 4 verbinden wechselnd die Kondensatoren K 1 und K 2 mit den Generatoren oder mit den Entlade-Leitungen E 1 und E 2. In den Schalter-Stellungen a erfolgt Aufladung der Kondensatoren. In den Schalt-Stellungen b erfolgt Entladung über die Leitungen E. Je nach Polung bzw. Strom- Richtung erfolgt bei gewählten Material-Anordnung Abkühlung oder Erwärmung an beiden Kontakt-Stellen HL und KL.

Wie bei den vorbeschriebenen Stromerzeuger-Schaltungen wären auch bei denn Wärmepumpen-Schaltungen noch weitere Varianten möglich wie z.B. gem. Fig. 12d als energetische Umkehrung von Fig. 6a.

Es ist, wie erwähnt, eine Eigenart der thermoelektrischen Effekte, daß an den Kontakt-Stellen nur kleine Spannungen auftreten bzw., bei dem komplementären Peltier-Effekt, durch eine äußere Spannungsquelle überwunden werden müssen.

Zur Erzielung größerer nutzbarer Leistungen derartiger Einrichtungen in der Betriebsweise als Stromerzeuger oder als Wärmepumpe sind daher große Ströme erforderlich. Dementsprechend müssen die Strom- Pfade so kurz wie möglich und mit großem Querschnitt ausgeführt werden.

Diese Forderung für einen kleinen Durchlaß-Widerstand gilt auch für die Schalt-Elemente. Außerdem ist wegen der im Stromkreis eingebauten Kondensatoren eine hohe Schalt-Frequenz erforderlich.

Als Bauart für die Zerhacker-Schalter oder Umschalter sind beispielsweise Schalter mit bewegten Metall-Kontakten, z.B. rotierende oder schwingende Schalter, geeignet.

Auch sog. elektrische Ventile ohne bewegte Teile könnten verwendet werden, beispielsweise in der Halbleiter-Bauart als Transistoren oder Thyristoren. Für die niedrigen Betriebsspannungen unter 1 Volt wären allerdings Spezial-Ausführungen erforderlich.

An einigen Einbau-Stellen der vorbeschriebenen Anordnungen bzw. Schaltungen müssen die Schalter auch bei hohen Temperaturen betriebsfähig sein. Dies läßt sich u.a. mit Kontakt-Schaltern realisieren.

Als Kondensatoren, die bei einigen Anordnungen ebenfalls beständig gegen hohe Temperaturen sein müssen, eignen sich am besten gewickelte oder in Lagen geschichete Metall-Kondensatoren mit einem entsprechend beständigen Dielektrikum, beispielsweise auf Glimmer- oder Glas-Basis. Spezielle Einbau-Bedingungen mit kurzen Anschluß-Verbindungen usw. erfordern wohl auch hier Spezial-Konstruktionen.

Zur Betätigung der Schalter bzw. elektrischen Ventile ist eine Hilfskraft erforderlich, beispielsweise für rotierende Kontakt-Schalter ein kleiner Elektro-Motor.

Im Falle der thermoelektrischen Stromerzeuger steht eine Spannung zum Antrieb des Hilfsmotors erst nach dem Anlaufen der Einrichtung bzw. nach Anlauf des Generator-Stromes zur Verfügung.

Für die Anlauf-Phase wird also eine Fremd-Spannungsquelle benötigt. Dies gilt auch für die Schaltung durch Halbleiter-Ventile. Eine fremde Gleichspannungsquelle steht dann auch zur Verfügung zum Aufladen von Kondensatoren in der Anlauf-Phase.

In Fig. 13 ist ein Ausführungsbeispiel einer thermoelektrischen Einrichtung als Strom-Erzeuger dargestellt in Anlehnung an das Funktionsprinzip gem. Schaltung Fig. 7a ergänzt durch einen Transformator.

Fig. 13a zeigt in vereinfachter Darstellung einen Querschnitt mit Teil-Ansichten, Fig. 13b eine Ansicht in Richtung X mit Teil- Querschnitten.

Die Element-Schenkel A und B sind über die Kontakt-Brücke C miteinander verbunden. Auf die Brücke C sind Rippen R aus dem gleichen oder einem anderen gut wärmeleitenden Material aufgesetzt für den Wärmeaustausch mit einem Heiz-Medium, z.B. heißen Gasen. Die Brücke ist umgeben von einer Schutzplatte D zur Abschirmung der anderen Bauteile darunter gegen das Heiz-Medium. Zwischen den freien Schenkel- Enden und der Entlade-Leitung E sind Umschalter U 1 und U 2 angeordnet in der Ausführung als Drehschalter mit den gelagerten Wellenzapfen W 1 und W 2. HM ist ein kleiner Hilfsmotor zum Antrieb der Schalter-Welle. Zwischen den Schenkeln und der Entlade-Leitung ist der Kondensator K feststehend angeordnet. Die beiden Schichten sind mit feststehenden Gleit-Kontakten KA und KB verbunden. Es ist nur ein Kontakt KA auf der Seite des Schenkels A schematisch einzeichnet.

In der gem. Fig. 13b gezeichneten Schalt-Stellung von U 1verbindet der rotierende Kontakt-Sektor den Schenkel A mit dem Kondensator- Kontakt KA. Auf der anderen Seite des Kondensators wird der Schenkel B mit dem Gleit-Kontakt KB verbunden. In dieser Schaltstellung erfolgt die Aufladung des Kondensators wie bei Schaltung 7a beschrieben. Bei weiterer Drehung des Umschalters werden dann KA und KB mit der Entlade-Leitung E verbunden.

In die Entlade-Leitung ist ein Transformator eingebaut bestehend aus einem Eisen-Kern bzw. -Ring EK, der Leitung E als Primär-Wicklung und einer Spule SP als Sekundär-Wicklung. An den Anschluß-Klemmen der Spule liegt die hoch-transformierte Nutz-Spannung Un an. Die Primär-Wicklung könnte statt des geraden Strom-Leiters, wie als baulich vorteilhaft gezeichnet, auch als eine Einfach- oder Mehrfach- Wicklung ausgeführt sein.

Zur Vermeidung von Wärme-Transport erfolgt Umschaltung bei U 1 und U 2 evtl. mit je zwei getrennten Kontakt-Paaren auf beiden Seiten.

In Fig. 14 ist ein Ausführungsbeispiel einer thermoelektrischen Einrichtung als Wärmepumpe bzw. Kühl-Aggregat dargestellt in Anlehnung an das Funktionsprinzip gem. Schaltung 12a. Die Bauelemente in den Darstellungen bzw. Querschnitten und Ansichten gem. Fig. 14a und 14b entsprechen weitgehend der Bauweise nach Fig. 13. Der Unterschied liegt im Austausch des Transformators bei Fig. 13 durch eine Spannungsquelle in Fig. 14. Durch den in die Leitung E eingebauten Gleichstrom-Generator G werden in einer Schalterstellung die Kondensator-Platten aufgeladen; in der anderen Stellung erfolgt Entladung über den Stromkreis mit den Schenkeln A und B bei Strom-Durchgang durch die Kontakt-Stelle. Bei entsprechender Polung bzw. Strom-Richtung wird an der Kontakt- Stelle der Umgebung Wärme entzogen. Für den Wärmeaustausch sind auch hier die Rippen R auf der Kontakt-Brücke C ein Hilfsmittel.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 13 und 14 haben den Vorteil einer kompakten Bauweise, die große Querschnitte und kurze Längen bei den strom-führenden Schenkeln und der Leitung E erlaubt. Der Kondensator ist dabei als zylindrischer Wickel-Kondensator, angeordnet zwischen den Schenkeln, dargestellt. Sollte in dieser Bauart und Lage der verfügbare Raum nicht ausreichen für eine notwendige große Kondensator-Fläche bzw. Kapazität könnte er auch an einer oder an beiden Seiten herausgeführt sein, wie in Fig. 15 am Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe dargestellt.

Der niedrige Temperatur-Bereich, in dem Einrichtungen nach dem Peltier-Effekt bzw.. Wärmepumpen betrieben werden, und die aus einer äußeren Quelle verfügbare höhere Betriebsspannung erlaubt in vorteilhafter Weise die Verwendung von Thyristoren üblicher Bauart oder anderen Strom-Ventilen statt Schalter mit bewegten Metall-Kontakten. Auch die äußere Betriebs-Spannungsquelle kann in bekannter Weise ohne mechanische Kontakte ausgeführt werden, so daß die gesamte Einrichtung kontakt-frei und damit ohne Verschleiß arbeiten kann.

Möglich wäre u.U. auch ein Verzicht auf Kondensatoren und damit auch zeitlich veränderlichen Strom bzw. Zerhacker, wenn gem. Fig. 16 eine Spannungsquelle G, z.B. als Gleichrichter-Diode, mit einer Wärmefluß- Sperre, z.B. Isolier-Schicht, in den Schenkel-Stromkreis eingebaut ist.

Die Nutzung der vorbeschriebenen Bau-Prinzipien und Schaltungen führt, im Vergleich mit bisher bekannten Verfahren, zu einer erheblichen Verbesserung der Effektivität bzw. des Wirkungsgrades von thermo-elektrischen Einrichtungen, kelineren Geräten oder größeren Aggregaten, in der Anwendung als Stromerzeuger oder als Wärmepumpe.

Claims (21)

1) Geräte und Aggregate zur Nutzung thermo-elektrischer Effekte an Kontakt-Stellen von Element-Paaren aus verschiedenen Metallen, Halbleitern oder anderem Material für die Anwendung als Stromerzeuger oder als Wärmepumpe dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmefluß-Sperre und/oder als Speicher variabler elektrischer Ladungen in die Element-Schenkel und/oder in andere Bauteile eines Funktions-Systems ein oder mehrere Kondensatoren, beispielsweise in der Bauart als Platten-Kondensatoren, eingebaut sind und daß die thermo-elektrische Funktions-Einheit mit zeitlich veränderlichem Strom, beispielsweise intermittierendem bzw. zerhacktem Gleichstrom, betrieben wird.

2) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung zeitlich veränderlicher Ströme bzw. zur periodisch wechselnden Auf- und Entladung der Kondensatoren Strom-Steuerungen bzw. Strom-Variatoren in der Funktion als Unterbrecher- Schalter oder als Umschalter in die Stromkreise eingebaut sind oder daß äußere Stromquellen zur Einspeisung veränderlicher Ströme angeschlossen sind.

3) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator-Ladungsträger, beispielsweise Platten oder Schichten, von den Spannungsquellen direkt und/oder durch Influenz aufgeladen werden.

4) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Material-Kontaktstellen in einer Funktions-Einheit vorhanden sind.

5) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Material-Kontaktstelle in einer Funktions- Einheit vorhanden ist.

6) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß in einer technischen Ausführung die Bauteil- Anordnung und Schaltung gem. Fig. 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b oder 12c erfolgt.

7) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2, 3, oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß in einer technischen Ausführung die Bauteil- Anordnung und Schaltung gem. Fig. 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 8a, 8b, 9, 12a, 12b, 12d, 13a mit 13b, 14a mit 14b oder 15 erfolgt.

8) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß in Funktions-Einheiten mit zwei oder mehreren gleich- oder gegen-gepolten Material-Kontaktstellen zwischen den Kontaktstellen keine oder nur eine geringe Temperatur-Differenz besteht, beispielsweise in Anordnungen gem. Fig. 4a, 5a oder 5b.

9) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 8 dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausführung als Stromerzeuger zur Start-Hilfe eine Fremd-Spannungsquelle angeschlossen wird für Auf- und Entladung oder Umpolung von Kondensatoren im Takt der Steuer-Schalter in einer zeitlich begrenzten Anlauf-Phase.

10) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Steuerungen bzw. -Variatoren als Schalter mit bewegten Kontakten, beispielsweise mit rotierenden Metall- Kontakten und feststehenden Gegen-Kontakten, oder als Strom- Ventil ohne bewegte Kontakte, beispielsweise in der Bauart als Thyristor oder als Transistor, ausgeführt sind, wobei die Strom- Variation zwischen Null und einem Maximal-Wert oder zwischen einem kleinen Wert und einem Maximalwert oder umgekehrt erfolgen kann.

11) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2 oder 10 dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung oder Reduzierung von Funken-Bildung die Schalt-Funktionen, insbesondere bei bewegten Metall-Kontakten, so gesteuert sind, daß die Phasen der Kontakt-Verbindungen und Kontakt-Trennungen ganz oder zumindest weitgehend in der Anfangsphase der Ladung und Entladung der Kondensatoren mit kleinen Strömen liegen.

12) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2, 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte in Schaltern, insbesondere Umschaltern, derart angeordnet sind, daß ein Wärme-Austausch zwischen Bauteilen mit unterschiedlicher Temperatur vermieden wird, beispielsweise durch Einbau von getrennten Kontakt-Paarungen für zwei Schalt-Stellungen.

13) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren mit zwei oder mehreren Schichten, beispielsweise ausgebildet als Platten, als Ladungsträger ausgestattet sind, beispielsweise in einer Anordnung gem. Fig. 2c ohne oder mit zusätzlichen Schaltern Z 3 und Z 4 wobei zur Entladung einer Platte mit Ladungs-Doppelschichten nur eine Ladungsschicht angezapft wird, oder in Anordnungen gem. Fig. 2d oder 2e.

14) Geräte oder Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorbeschriebenen oder folgenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zur Strom-Steuerung bzw. -Variation, beispielsweise als elektrische Ventile in der Bauart als Thyristor oder Transistor, in kombinierter Funktion als Wärmestrom-Sperre und als Strom-Variator verwendet werden und in dieser Verwendungs- Art Kondensatoren ganz oder teilweise ersetzen.

15) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorbeschriebenen oder folgenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Nutz-Spannung bei Strom-Entnahme im Falle des Stromerzeugers oder zur Erhöhung der Stromstärke bei Strom- Einspeisung im Falle der Wärmepumpe Transformatoren in die Stromkreise eingebaut sind.

16) Geräte und Aggregate nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß bei Strom-Entnahme die Primär-Wicklung und beim Strom- Einspeisung die Sekundär-Wicklung als gerader Strom-Leiter ausgeführt ist, beispielsweise in der Ausführung gem. Fig. 13.

17) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorbeschriebenen oder folgenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt-Paare bzw. Kontakt-Spannungsquellen in einer elektrischen Reihenschaltung, einer sog. thermo-elektrischen Säule, hintereinandergeschaltet sind, wobei jede Funktions- Einheit mehrere oder vorzugsweise nur ein Kontakt-Paar enthält, beispielsweise in einer Anordnung gem. Fig. 10.

18) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorbeschriebenen oder folgenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt-Paare in einer thermischen Reihenschaltung, einer sog. thermoelektrischen Kaskade oder als sog. segmentierte Thermoelemente, angeordnet sind.

19) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorbeschriebenen oder folgenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung von Spannungen in den Stromkreisen der Kontakt- Paare und/oder der Auf- oder Entlade-Leitungen oder zur Erhöhung der Nutz-Spannung Kondensatoren wechselnd in Parallel-Schaltung und Hintereinander-Schaltung betrieben werden.

20) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 19 dadurch gekennzeichnet, daß außer den für die Auflade- und Entlade-Ströme erforderlichen Funktions-Kondensatoren zusätzliche Kondensatoren, vorzugsweise nahe bei den Kontakt-Stellen, als zusätzliche Wärmefluß-Sperre eingebaut werden, beispielsweise in einer Anordung gem. Fig. 12b.

21) Geräte und Aggregate nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 - 20 dadurch gekennzeichnet, daß in der Anwendung als Wärmepumpe eine Gleichstrom-Spannungsquelle bzw. eine -Einspeisung, beispielsweise als Gleichrichter-Diode, in einer kombinierten Funktion auch als Wärme-Sperre, beispielsweise als isolierende Schicht in einer Halbleiter-Diode, wirksam ist und dadurch Kondensatoren und Zerhacker ersetzt, beispielsweise in einer Anordnung und Schaltung gem. Fig. 16.