DE3942553A1 - Generator - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator zur Um
wandlung von Wärme in elektrische Energie gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche thermoelektrischen Generatoren finden dort eine
Anwendung, wo Wärme unmittelbar in elektrische Energie
umzusetzen ist. Ein solcher Generator weist zwei auf un
terschiedlichen Temperaturen gehaltene Räume auf. Zwi
schen diesen wird ein Wärmetransportmittel hin- und her
gepumpt. Als Wärmetransportmittel kann beispielsweise
ein Alkalimetall verwendet werden. Der erste Raum des
thermoelektrischen Generators wird vorzugsweise auf ei
ner Temperatur von 800 bis 1000°C gehalten, während die
Temperatur in dem zweiten Raum auf 200 bis 350°C be
trägt. Die beiden Räume sind durch einen alkaliionenlei
tenden Festelektrolyten voneinander getrennt. Über eine
Leitung, in die eine Pumpe eingebaut ist, kann das flüs
sige Alkalimetall von dem zweiten Raum in den ersten
Raum zurückgepumpt werden. Bei den bis jetzt bekannten
Einrichtungen erfolgt das Zurückpumpen des Alkalimetalls
mit Hilfe einer elektromagnetischen Pumpe. Von Nachteil
ist bei diesen Einrichtungen, daß die elektromagnetische
Pumpe relativ genau eingeregelt werden muß, um den Fluß
des Alkalimetalls an die jeweilige elektrische Lei
stungsabnahme anzupassen. Ein weiterer Nachteil ist
darin zu sehen, daß diese elektromagnetischen Pumpen
relativ groß sind und viel elektrische Energie verbrau
chen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art
so weiterzuentwickeln, daß die Regelung der Pumpe in
Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsabnahme auto
matisch erfolgt und der Energieverbrauch der Pumpe redu
ziert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Pumpe durch einen alkali
ionenleitenden Festelektrolyten gebildet. Dieser ist
scheibenförmig ausgebildet und senkrecht zur Strömungs
richtung in die Leitung eingebaut, welche die beiden
Räume des thermoelektrischen Generators miteinander ver
bindet. Der Festelektrolyt ist so ausgebildet, daß ein
dichter Abschluß zwischen den beiden Leitungsabschnitten
erfolgt, und das Natrium, welches von dem Raum mit nie
drigerer Temperatur kommt, ausschließlich durch den
Festelektrolyten hindurch geleitet wird. Um den elektri
schen Widerstand dieser elektrochemischen Pumpe gering
zu halten, ist sie als Schicht mit einer Dicke von nur
0,1 mm ausgebildet und auf einen Träger aufgetragen. Ist
der Querschnitt der Leitung, welche die beiden Räume 2
und 3 verbindet, nicht größer als 1-3 cm, so wird beid
seitig der Pumpe ein elektrisches Anschlußelement inner
halb der Leitung installiert. Das elektrische Anschluß
element, welches sich in Strömungsrichtung des Alkali
metalls vor der Pumpe befindet, wird an das elektrische
Anschlußelement angeschlossen, das mit der Elektrode
verbunden ist. Das in Strömungsrichtung hinter der Pumpe
angeordnete elektrische Anschlußelement wird mit dem
elektrischen Anschlußelement verbunden, das in dem auf
höherer Temperatur gehaltenen Raum installiert ist. Ist
der Querschnitt der Leitung zwischen den beiden Räumen
größer als 5 cm, so kann auf die beiden elektrischen
Anschlußelemente vor und hinter der Pumpe verzichtet
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung
erläutert.
Die einzige zur Beschreibung gehörende Figur zeigt einen
thermoelektrischen Generator 1, der zwei Räume 2 und 3
aufweist, die sich auf unterschiedlichen Temperaturnive
aus befinden. Die beiden Räume 2 und 3 werden durch ei
nen Zylinder 23 gebildet. Sie sind durch einen Festelek
trolyten 4 und eine Elektrode 5 voneinander getrennt.
Der Raum 2 wird auf einer Temperatur von 800 bis 1000°C
gehalten, während der Raum 3 eine Temperatur zwischen
200 und 350°C aufweist. Im Raum 2 ist ein erstes elek
trisches Anschlußelement 6 installiert und isoliert aus
dem Raum 2 nach außen geführt. Mit der Elektrode 5, die
unmittelbar an den Festelektrolyten 4 anschließt und dem
Raum 3 zugewandt ist, ist ein zweites elektrisches An
schlußelement 7 verbunden, das isoliert aus dem Raum 3
herausgeführt ist. Die beiden Räume 2 und 3 sind über
eine Leitung 10 miteinander verbunden. Über diese Lei
tung wird das Wärmetransportmittel 8 aus dem Raum 3 in
den Raum 2 geleitet. Hierfür ist eine Pumpe 11 vorge
sehen, die erfindungsgemäß als elektrochemische Pumpe
ausgebildet ist. Sie wird durch einen alkaliionenleiten
den Festelektrolyten gebildet. Die Pumpe 11 ist bei dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Scheibe aus
gebildet. Der Querschnitt der Scheibe ist an den Innen
durchmesser der Leitung 10 angepaßt, so daß die Leitung
10 durch die Pumpe 11 in zwei hermetisch gegeneinander
abgedichtete Abschnitte 10A und 10B aufgeteilt ist. Um
den elektrischen Widerstand der Pumpe 11 klein zu hal
ten, ist der sie bildende Festelektrolyt als dünne
Schicht mit einer Dicke von 0,1 mm ausgebildet. Die
Schicht ist auf einen Träger (hier nicht dargestellt)
aus einem porösen keramischen Material aufgetragen.
Hierfür kann beispielsweise Titannitrid verwendet wer
den. Der Träger wird vorzugsweise aus einem Pulver mit
einer Körngröße von größer 5µm gepreßt. Er ist als
Scheibe ausgebildet, dessen Außendurchmesser an den In
nendurchmesser der Leitung 10 angepaßt ist. Beidseitig
der Pumpe 11 ist je ein elektrisches Anschlußelement 16
bzw. 17 installiert und isoliert aus der Leitung 10 her
ausgeführt. Über eine elektrische Leitung 16 L ist das
elektrische Anschlußelement 16 mit dem elektrischen An
schlußelement 6, das im Raum 2 installiert ist, elek
trisch leitend verbunden. Über eine elektrische Leitung
17 L steht das elektrische Anschlußelement 17 mit dem
elektrischen Anschlußelement 7 in Verbindung. Auf die
elektrischen Verbindungen zwischen den Anschlußelementen
6 und 16 bzw. 7 und 17 kann verzichtet werden, wenn der
Querschnitt der Leitung 10 einen Durchmesser aufweist,
der etwa einem Drittel des Durchmessers entspricht, den
der Zylinder 23 aufweist. Vorzugsweise sollte der Durch
messer der Leitung 10 größer als 5 cm sein. Mit Hilfe
einer künstlichen Wärmequelle oder gebündelter Sonnen
energie wird der Raum 2 auf einer Temperatur von
800 bis 1000°C gehalten. Hierdurch wird erreicht, daß
das in dem Raum 2 befindliche Alkalimetall, das bei dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch Natrium
gebildet wird, verdampft und durch den Festelektrolyten
4 und die Elektrode 5 in den Raum 3 wandert. Die Tem
peratur in dem Raum 3 wird auf 200 bis 350°C gehalten.
Hierfür ist ein Kondensator (hier nicht dargestellt),
der das Natrium auf diese Temperatur abkühlt. Für den
Rücktransport des Natriums aus dem Raum 3 in den Raum 2
ist die erfindungsgemäße Pumpe 11 vorgesehen. Da zwi
schen den beiden Seiten der Pumpe 11 eine Potential
differenz besteht, wird das Natrium aus dem Raum 3 in
den Raum 2 zurückgepumpt. Der Rücktransport des Natriums
in den Raum 2 erfolgt in Abhängigkeit von der verbrauch
ten elektrischen Leistung durch den Verbraucher 20, der
an die beiden Anschlußelemente 6 und 7 angeschlossen
ist.
Der erfindungsgemäße thermoelektrische Generator ist
nicht an die in der Figur dargestellte Ausführungsform
gebunden. Insbesondere ist eine andere Gestaltung der
Räume 2 und 3 abweichend von der Zylinderform möglich.
Die Beta′′-Al2O3 Keramik kann beispielsweise auch als
Rohr ausgebildet sein.
Claims (5)
1. Thermoelektrischer Generator (1) mit zwei auf
unterschiedlichen Temperaturen gehaltenen Räumen
(2 und 3), die durch einen alkaliionenleitenden Feste
lektrolyten (4) und eine Elektrode (5) voneinander ge
trennt sind, wobei ein Wärmetransportmittel (8) über
eine Leitung (10) von dem Raum (3) mit der tieferen Tem
peratur in den Raum (2) mit der höheren Temperatur ge
pumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetrans
portmittel (8) mit einer elektrochemischen Pumpe (11)
von dem Raum (3) in den Raum (2) gepumpt wird.
2. Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) durch einen
alkaliionenleitenden Festelektrolyten aus Betaaluminiu
moxid gebildet ist, und daß der Festelektrolyt als
Schicht mit einer Dicke von 0,1 mm ausgebildet und auf
einen Träger aus einem porösen keramischen Material auf
getragen ist.
3. Elektrochemische Speicherzelle nach einem der
Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pum
pe (11) in der Leitung (10) nahe des heißen Raumes (2)
angeordnet.
4. Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des die
Pumpe (11) bildenden Festelektrolyten an den Innendurch
messer der Leitung (10) angepaßt ist, und daß der Trä
ger, auf den der Festelektrolyt aufgetragen ist, aus
einem keramischen Pulver mit einer Korngröße größer 5µm
so gepreßt ist, daß sich eine Porosität von größer 50%
einstellt.
5. Thermoelektrischer Generator nach einem der An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig
der Pumpe (11) jeweils ein elektrisches Anschlußelement
(16, 17) angeordnet ist, daß das in Strömungsrichtung
gesehen hinter der Pumpe (11) angeordnete elektrische
Anschlußelement (16) mit einem elektrischen Anschlußele
ment (6) des Raumes (2) über eine elektrische Leitung
(16L) verbunden ist, während das in Strömungsrichtung
vor der Pumpe (11) angeordnete elektrische Anschluß
element (17) über eine Leitung (17L) mit dem elektri
schen Anschlußelement (7) des Raums (3) elektrisch lei
tend in Verbindung steht.
Priority Applications (1)
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DE (1) | DE3942553A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993009570A1 (en) * | 1991-10-29 | 1993-05-13 | Wilcoxon, Benton, H. | Capacitive thermoelectric device |
US5351164A (en) * | 1991-10-29 | 1994-09-27 | T.N. Frantsevich Institute For Problems In Materials Science | Electrolytic double layer capacitor |
-
1989
- 1989-12-21 DE DE3942553A patent/DE3942553A1/de not_active Ceased
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Z.: Science, Bd. 221, Nr. 4612, S. 915-920 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993009570A1 (en) * | 1991-10-29 | 1993-05-13 | Wilcoxon, Benton, H. | Capacitive thermoelectric device |
US5351164A (en) * | 1991-10-29 | 1994-09-27 | T.N. Frantsevich Institute For Problems In Materials Science | Electrolytic double layer capacitor |
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Legal Events
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