EP0000475A1 - Thermoelectric device with high temperature gradients - Google Patents

Thermoelectric device with high temperature gradients Download PDF

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EP0000475A1
EP0000475A1 EP78100229A EP78100229A EP0000475A1 EP 0000475 A1 EP0000475 A1 EP 0000475A1 EP 78100229 A EP78100229 A EP 78100229A EP 78100229 A EP78100229 A EP 78100229A EP 0000475 A1 EP0000475 A1 EP 0000475A1
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EP
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thermoelectric
stationary
arrangement according
layers
sheets
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EP78100229A
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Reinhard Dr. Dahlberg
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • thermoelectric arrangement for converting heat into electrical energy and for reversibly pumping heat.
  • thermoelectric arrangements Because of the relatively small thermal forces, the working voltage and the specific electrical power of thermoelectric arrangements are generally only small. A series connection of thermocouples increases the working voltage, but it also increases the space requirement and the series resistance of the thermoelectric arrangements to the same extent. With conventional thermoelectric arrangements, only electrical outputs of up to about 1 watt / cm 3 can be achieved . In addition, the efficiency of thermoelectric energy conversion is usually well below 10%.
  • Patent application P 25 47 262.2 describes a thermoelectric arrangement in which the heat flow through the legs of a thermocouple flows over such large temperature gradients that the specific thermal conductivity is reduced in the zones with the large temperature gradients. This leads to an increase in effectiveness and, as a result, an improvement in thermoelectric efficiency.
  • a disadvantage of the thermoelectric arrangement according to P 25 47 262.2 is, however, its relatively low working voltage.
  • thermoelectric arrangements with large non-stationary temperature gradients, which have high specific electrical powers at significantly higher working voltages.
  • the element legs of a thermocouple are formed from sheets, foils or layers which have the form of strips, disks or rings and are moved mechanically so that they all mechanically touch their surfaces at least at one point and a non-stationary one at this point Form package, which alternately contains thermoelectric p / n and n / p transitions, between which there is a temperature difference, and that an electrical current flows through the non-stationary package perpendicular to the surface of the sheets, foils or layers.
  • the thickness of the sheets, foils or layers can be made relatively small, so that the number of thermocouples which are electrically connected in series per centimeter in the non-stationary package is relatively small
  • specific electrical voltages and powers can be derived from the thermoelectric arrangement according to the invention, which are orders of magnitude larger than in conventional thermoelectric generators.
  • the temperature differences between adjacent n / p and p / n transitions in the non-stationary package can be generated, for example, by thermoelectrically p- and n-conducting sheets, foils or layers on one side only very briefly using plasma or Radiation are heated, and that the non-stationary package immediately after reaching the highest surface temperature by pressing together the hot or cold sides of the sheets, Sheets or layers are formed.
  • pairs of thermoelectrically p- and n-conducting sheets, foils or layers, which are in pairs at different temperatures, are brought together in one place to form the non-stationary package.
  • a magnetic force which the sheets generate can be generated by a magnetic field which is applied perpendicular to the direction of the electric current and perpendicular to the direction of movement of the layers , Films or layers are moved through the non-stationary package, or their movement is supported.
  • the magnetic field can be generated by a permanent magnet.
  • it can also be generated by an electromagnet that is excited by means of the electric current that also flows through the non-stationary package.
  • the electromagnet can also be operated in a "shunt-motor” circuit by only branching off a part of the current to excite the electromagnet.
  • thermoelectric arrangements according to the invention can be used advantageously for converting heat into electrical energy. Because of their high power density, they are suitable as generators for vehicles as well as for power plants of different sizes.
  • thermoelectric arrangement When operating the thermoelectric arrangement according to the invention as a generator and heat pump, efforts will generally be made to limit the mechanical friction between the sheets, foils or layers within the non-stationary package to an unavoidable minimum.
  • thermoelectric arrangement of the also use the invention to convert mechanical energy (e.g. hydropower) into frictional heat in a non-stationary package, which in turn is converted into electrical energy. Temperatures> 1,000 ° C can be generated in a non-stationary package using friction. As a result, mechanical energy can be converted to removable electrical energy with efficiency> 50%.
  • thermoelectric arrangement Since the element legs of the thermoelectric arrangement are formed by sheets, foils or layers which have the shape of moving strips, disks or rings, their material - in addition to good electrical conductivity - must also have mechanical strength and ductility. Metals and alloys have the best properties in this regard.
  • discs or rings which are coated on one or both sides with layers of thermoelectric p- or n-type material, which would not be ductile enough by itself.
  • the surfaces sliding on one another can be coated with a thin film - Interface lubricant must be coated.
  • Materials with a so-called “layer lattice structure”, such as, for example, graphite, MoS 2 , TiTe, etc. or layers of so-called “bearing metals”, such as, for example, lead, tin, indium, bismuth, etc., are particularly suitable for this
  • thermoelectric p-type sheets made of chromium nickel (87.5% Ni + 12; 5% Cr) and 2 thermoelectric n-type sheets made of thermoconstantan (60% Cu + 40% Ni). All sheets are in the form of strips with a thickness of 0.5 mm and a width of 5 cm, which move at a speed 7 of 10 cm / sec.
  • the two electrical contacts 4 and 5 in the form of full cylinders (rotating at the peripheral speed 7), the cold and hot strips 1 and 2 are pressed together to form a non-stationary package.
  • Zones 3 with the large non-stationary temperature gradients are formed between the cold and hot band 1 and the cold and hot band 2.
  • the two bands 1 form the p-leg and the two bands 2 form the n-leg of a thermocouple, which has the shape of the non-stationary package 1 1 2 2.
  • the electrical current 6 flows between the electrical contacts 5 and 4 through the non-stationary package to the consumer 8.
  • FIG. 2 there are 1 iron strips and 2 nickel strips with a width of 3 cm and a thickness of 0.1 mm. These bands 1 and 2 are combined into pairs which are at different temperatures.
  • the pairs 1 and 2, which are at the temperature T h 1300 ° K, move in simultaneous steps 7 of 4 cm each from the left oven 9 into the right oven 9.
  • the cold and warm pairs 1 and 2 are pressed together with the aid of the electrical contacts 4 and 5, which are designed as press stamps, with a weight of 10 tons for 0.1 second. This happens twice a second.
  • zones 3 are created between the cold and warm iron strips 1 and the cold and warm nickel strips 2 with the non-stationary temperature gradients.
  • the electrical current 6 flows for only 0.1 seconds at intervals of 0.4 seconds through the non-stationary package from the bands 1 and 2 pressed together between the electrical contacts 4 and 5 to the consumer 8.
  • 5 ' is the opened electrical contact 5 during the movement phase 7.
  • the whole thermoelectric arrangement is in a nitrogen atmosphere to avoid corrosion.
  • the thickness of the non-stationary package compressed between contacts 4 and 5 is 1 meter.
  • 1 is a band made of chrome nickel (87.5% Ni + 12.5% Cr) with a thickness of 0.5 mm.
  • 1 is a p + silicon layer of 1.10 -3 cm thick, which is applied to the underside of a circular disk made of molybdenum sheet 12.
  • the thickness of the molybdenum sheet 12 is 0.3 mm, the outer diameter of the circular disk is 60 cm.
  • 2 is a n + silicon layer 1.10 -3 cm thick, which is applied to the top of a circular disk made of molybdenum sheet 12.
  • the thicknesses of the molybdenum sheets 12 are 0.3 mm, the outer diameters of the circular disks are 60 cm.
  • Two molybdenum disks 12 each with a p + silicon layer 1 and an n + silicon layer 2 are put together in pairs with the uncoated sides.
  • the electrical contacts 4 and 5 are designed as rolling pressure contacts, by means of which the non-stationary package is kept under a pressure of 100 kg.
  • the electrical current 6 flows through the consumer 8 and between the electrical pressure contacts 4 and 5 through the non-stationary package, which has a length of 125 cm.
  • the p + and n + silicon layers 1 and 2 in FIG. 4 are replaced by a WSe 2 layer 1 and a Pr 2 O 3 layer 2. Both layers have a thickness of 10 -5 cm and remain as a result of a continuous supply of very small amounts of WSe 2 or Pr 2 0 3 on the molybdenum sheets 12 as a dense and coherent film.
  • the temperature difference T h - T 1000 ° between the hot and cold molybdenum sheets 12 practically completely falls off in the WSe 2 layers 1 and the Pr 2 O 3 layers 2, which at the same time zones 3 with the large temperature gradients are.
  • Figure 5b 1 is an iron sheet with a thickness of 0.4 mm, which the.
  • 2 is a sheet made of thermoconstantan (60% Cu + 40% Ni) with a thickness of 0.3 mm, which also has the shape of a circular ring with an outer diameter of 50 cm.
  • 12 is a copper sheet with a thickness of 0.3 mm, which is coated with a 2.10 -4 cm thick lead layer 14 to reduce the interface friction, and which also has an outer diameter of 50 cm.
  • 11 are insulating rings.
  • the copper rings 12 and the pairs of rings made of iron sheet 1 and thermoconstantane sheet 2 overlap so that a copper sheet 12 lies between an iron sheet 1 and a sheet of thermoconstantane 2, and that between two copper sheets 12 there is always a pair of sheets from iron 1 and thermoconstant 2 comes to rest.
  • the copper sheets 12 in the form of rings rotate about a common axis at the peripheral speed 7, and the iron sheets 1 together with the sheets made of thermoconstantan 2 also rotate about another common axis at the peripheral speed 7.
  • the overlapping zone of the rotating rings 12 and the rotating rings 1 and 2 is mechanically compressed with the help of the rolling electrical contacts 4 and 5 with a weight of 25 kg. It forms the non-stationary package, via which the electrical current 6 is conducted with the aid of the current source 15.
  • thermoconstant 2 When the current 6 passes from the thermoconstant 2 to the lead layer 14 on the copper 12 and when the current 6 passes from the lead layer 14 on the copper 12 to the iron 1, heat is absorbed.
  • the heat absorbed per unit of time is proportional to the current strength of 6 and the Peltier voltage of thermoconstantan .2 against lead 14 or of lead 14 against iron 1.
  • zones 3 with the large temperature gradients arise at the sliding interfaces.
  • the rotating copper sheets 12 - as shown in FIG. 5a - form non-stationary packets at four points as described in FIG. 5b. Current 6 flows through them in parallel electrically.
  • the frictional heat generated in the non-stationary package increases proportionally with the mechanical pressure P between contacts 4 and 5.
  • the sum of the electrical contact resistances in a non-stationary package only increases with P (with pure metallic contact surfaces) or only with P (with contact surfaces with very thin foreign layers).
  • 1 is a 1.10 -3 cm thick layer made of the alloy "Pallaplat Pl.us” (95% Pt + 5% Rh) and 2 is a 1.10 -3 thick layer made of the alloy “Pallaplat Minus” (52% Au + 46% Pd + 2% Pt).
  • Both layers 1 and 2 are on different sides of an iron plated 12, which has a thickness of 0.08 mm
  • the iron sheets 12 with the plating layers 1 and 2 have the shape of larger and smaller circular rings. As shown in FIG. 6a, they are mounted concentrically around the ceramic tubes 18 and stacked with the insulating rings 11 interposed.
  • the outer diameter of the large circular rings made of iron sheet 12 around the large ceramic tube 18 is 2 meters, the outer diameter of the smaller circular rings made of iron sheet 12 around the smaller ceramic tubes 18 is 50 cm. All iron sheets 12 rotate at the peripheral speed 7 of 50 cm / sec. Electrical contacts 4 and 5 load the non-stationary packages with a weight of 50 kg each.
  • the electrical currents 6 through the four non-stationary packets are directed in parallel.
  • the non-stationary parcels are 2 meters long.
  • Each non-stationary package contains 2.10 4 thermocouples connected in series and has an electrical resistance of 0.2 ohms.
  • the open circuit voltage is 1200 volts.
  • a capacitor 22 for smoothing the current 6 is connected between the electrical contacts 4 and 5 in parallel with each non-stationary packet.
  • 1 is a tungsten sheet with a thickness of 0.8 mm.
  • 2 is a tungsten carbide layer with a thickness of 0.2 mm, which is applied to the tungsten sheet 1.
  • Each tungsten sheet 1 with the tungsten carbide layer 2 has the shape of a circular ring with an outer diameter of 40 cm.
  • the circular rings made of tungsten sheet 1 with the tungsten carbide layer 2 are mounted around two ceramic tubes 18, which have a water cooling 13, and stacked using insulating rings 11 in such a way that they overlap at one point (FIG. 7a). With this overlap, a tungsten sheet 1 and a tungsten carbide layer 2 always come into contact with one another.
  • the tungsten sheets 1 with the tungsten carbide layers 2 around the left ceramic tube 18 and around the right ceramic tube 18 in FIG. 7a rotate with the same amount of the peripheral speed 7 of 120 cm / sec. They move in the non-stationary package between the electrical contacts 4 and 5, but in the opposite direction.
  • the pressure between contacts 4 and 5 on the non-stationary package with a length of 80 cm is 50 kg.
  • the wolf ram carbide layers 2 with their hexagonal structure have a relatively small coefficient of friction, about 100 kilowatts of mechanical power equivalent are converted into frictional heat in the non-stationary package.
  • thermocouples are connected in series.
  • the hot points of contact of the thermocouples are the surfaces of tungsten 1 and tungsten carbide 2 that rub against each other.
  • the cold contact points of the thermocouples are the transitions from tungsten 1 to tungsten carbide 2 that are within a tungsten sheet 1.
  • Up to 85% of the mechanical energy required to overcome the friction can be supplied to the consumer 8 in the form of electrical energy via the electrical current 6.
  • the capacitor 22 is connected between the contacts 4 and 5.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Thermo-elektrische Anordnung mit grossen nichtstationären Temperaturgradienten, bei welcher mechanische bewegte Bleche, Folien oder Schichten (1,2) an einer Stelle zu einem nichtstationären Paket zusammengeführt werden. Sie bilden in diesem nichtstationären Paket die Elementschenkel eines Thermoelementes. Ein elektrischer Strom (6) fliesst senkrecht zu den Oberflächen der Bleche, Folien oder Schichten durch das nichtstationäre Paket, in welchem zwischen benachbarten n/p- oder p/n-Uebergängen (3) eine Temperaturdifferenz besteht. Da über die grossen Temperaturgradienten im nichtstationären Paket relativ grosse Wärmemengen in der Zeiteinheit transportiert werden können, lassen sich grosse Leistungsdichten bei gleichzeitig grösseren Betriebsspannungen erreichen.Thermo-electrical arrangement with large non-stationary temperature gradients, in which mechanical moving sheets, foils or layers (1, 2) are brought together in one place to form a non-stationary package. In this non-stationary package, they form the element legs of a thermocouple. An electrical current (6) flows perpendicular to the surfaces of the sheets, foils or layers through the non-stationary package, in which there is a temperature difference between adjacent n / p or p / n junctions (3). Since relatively large amounts of heat can be transported in the unit of time via the large temperature gradients in the non-stationary package, high power densities can be achieved with larger operating voltages at the same time.

Description

Die Patentanmeldung beschreibt eine Thermoelektrische Anordnung zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie und zum reversiblen Pumpen von Wärme.The patent application describes a thermoelectric arrangement for converting heat into electrical energy and for reversibly pumping heat.

Wegen der relativ kleinen Thermokräfte sind die Arbeitsspannung und die spezifische elektrische Leistung von Thermoelektrischen Anordnungen im allgemeinen nur klein. Eine Serienschaltung von Thermoelementen vergrößert zwar die Arbeitsspannung, aber sie vergrößert in dem selben Maße auch den Raumbedarf und den Serienwiderstand der Thermoelektrischen Anordnungen. Man erreicht mit konventionellen thermoelektrischen Anordnungen nur elektrische Leistungen bis zu etwa 1 Watt/cm3. Außerdem liegen die Wirkungsgrade der thermoelektrischen Energieumwandlung meist weit unter 10 %.Because of the relatively small thermal forces, the working voltage and the specific electrical power of thermoelectric arrangements are generally only small. A series connection of thermocouples increases the working voltage, but it also increases the space requirement and the series resistance of the thermoelectric arrangements to the same extent. With conventional thermoelectric arrangements, only electrical outputs of up to about 1 watt / cm 3 can be achieved . In addition, the efficiency of thermoelectric energy conversion is usually well below 10%.

In der Patentanmeldung P 25 47 262,2 wird eine Thermoetektrische Anordnung beschrieben, bei welcher der Wärmestrom durch die Schenkel eines Thermoelementes über so große Temperaturgradienten fließt, daß die spezifische Wärmeleitfähigkeit in den Zonen mit den großen Temperaturgradienten verkleinert ist. Dadurch tritt eine Vergrößerung der Effektivität und als Folge davon eine Verbesserung des thermoelektrischen Wirkungsgrades ein. Ein Nachteil der Thermoelektrischen Anordnung gemäß P 25 47 262,2 ist aber noch ihre relativ kleine Arbeitsspannung.Patent application P 25 47 262.2 describes a thermoelectric arrangement in which the heat flow through the legs of a thermocouple flows over such large temperature gradients that the specific thermal conductivity is reduced in the zones with the large temperature gradients. This leads to an increase in effectiveness and, as a result, an improvement in thermoelectric efficiency. A disadvantage of the thermoelectric arrangement according to P 25 47 262.2 is, however, its relatively low working voltage.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Thermoelektrische Anordnungen mit großen nichtstationären Temperaturgradienten anzugeben, welche hohe spezifische elektrische Leistungen bei wesentlich höheren Arbeitsspannungen haben. Erfindungsgemäß sind dazu die Elementschenkel eines Thermoelementes aus Blechen, Folien oder Schichten gebildet, welche die Form von Bändern, Scheiben oder Ringen haben und mechanisch so bewegt sind, daß sie sich alle mindestens an einer Stelle mit ihren Oberflächen mechanisch berühren und an dieser Stelle ein nichtstationäres Paket bilden, welches abwechselnd thermoelektrische p/n- und n/p-Übergänge enthält, zwischen denen eine Temperaturdifferenz besteht, und daß ein elektrischer Strom durch das nichtstationäre Paket senkrecht zur Oberfläche der Bleche, Folien oder Schichten fließt.The present invention is based on the object of specifying thermoelectric arrangements with large non-stationary temperature gradients, which have high specific electrical powers at significantly higher working voltages. According to the invention, the element legs of a thermocouple are formed from sheets, foils or layers which have the form of strips, disks or rings and are moved mechanically so that they all mechanically touch their surfaces at least at one point and a non-stationary one at this point Form package, which alternately contains thermoelectric p / n and n / p transitions, between which there is a temperature difference, and that an electrical current flows through the non-stationary package perpendicular to the surface of the sheets, foils or layers.

Im nichtstationären Paket kommen laufend neue heiße und kalte Zonen miteinander in mechanischen und elektrischen Kontakt. In diesen Berührungskontakten bilden sich kurzzeitig Zonen mit großen Temperaturgradienten. Über die mechanische Berührung der sich durch das nichtstationäre Paket bewegenden heißen und kalten Bänder, Scheiben und Ringe erfolgt ein größerer Wärmetransport, als dies z.B. durch reine Wärmeleitung möglich wäre. Hinzu kommt, daß man die Dicke der Bleche, Folien oder Schichten (aus denen die Bänder, Scheiben oder Ringe gebildet sind) relativ klein machen kann, so daß die Zahl der Thermoelemente, die pro Zentimeter im nichtstationären Paket elektrisch in Serie geschaltet sind, relativ groß sein kann Schließlich kann man auch den elektrischen Kontaktwiderstand zwischen den Blechen, Folien oder Schichten im nichtstationären Paket über einen hinreichend großen mechanischen Kontaktdruck und durch elektrische Parallelschaltung mehrerer hichtstationärer Pakete relativ klein machen. Als Folge aller dieser Faktoren lassen sich der Thermoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung spezifische elektrische Spannungen und Leistungen entnehmen, die um Größenordnungen größer sind als bei konventionellen thermoelektrtschen Generatoren.In the non-stationary package, new hot and cold zones constantly come into mechanical and electrical contact with one another. Zones with large temperature gradients are briefly formed in these touch contacts. The mechanical contact of the hot and cold bands, disks and rings moving through the non-stationary package results in greater heat transport than, for example, would be possible through pure heat conduction. In addition, the thickness of the sheets, foils or layers (from which the strips, disks or rings are formed) can be made relatively small, so that the number of thermocouples which are electrically connected in series per centimeter in the non-stationary package is relatively small Finally, it is also possible to make the electrical contact resistance between the sheets, foils or layers in the non-stationary package relatively low by means of a sufficiently high mechanical contact pressure and by electrically connecting several non-stationary packages in parallel. As a consequence of all these factors, specific electrical voltages and powers can be derived from the thermoelectric arrangement according to the invention, which are orders of magnitude larger than in conventional thermoelectric generators.

Die Temperaturdifferenzen zwischen benachbarten n/p- und p/n-Übergängen im nichtstationären Paket lassen sich gemäß der Erfindung z.B. dadurch erzeugen, daß thermoelektrisch p- und n-leitende Bleche, Folien oder Schichten nur sehr kurzzeitig auf einer Seite mit Hilfe von Plasma oder Strahlung aufgeheizt werden, und daß das nichtstationäre Paket sofort nach Erreichen der höchsten Oberflächentemperatur durch Zusammenpressen der jeweils heißen bzw. kalten Seiten der Bleche, Folien oder Schichten gebildet wird.According to the invention, the temperature differences between adjacent n / p and p / n transitions in the non-stationary package can be generated, for example, by thermoelectrically p- and n-conducting sheets, foils or layers on one side only very briefly using plasma or Radiation are heated, and that the non-stationary package immediately after reaching the highest surface temperature by pressing together the hot or cold sides of the sheets, Sheets or layers are formed.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel werden Paare von thermoelektrisch p- und n-leitenden Blechen, Folien oder Schichten, welche sich paarweise auf unterschiedl ichen Temperaturen befinden, an einer Stelle zum nichtstationären Paket zusammengeführt.According to another exemplary embodiment, pairs of thermoelectrically p- and n-conducting sheets, foils or layers, which are in pairs at different temperatures, are brought together in one place to form the non-stationary package.

Da der elektrische Strom senkrecht zur Oberfläche der Bleche, Fol ien oder Schichten durch das nichtstationäre Paket fließt, läßt sich durch ein Magnetfeld, welches senkrecht zur Richtung des elektrischen Stromes und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schichten angelegt ist, eine mechanische Kraft erzeugen, welche die Bleche, Folien oder Schichten durch das nichtstationäre Paket hindurch bewegt, oder deren Bewegung unterstützt. Das Magnetfeld kann durch einen Permanentmagneten erzeugt sein. Es kann aber auch durch einen Elektromagneten erzeugt sein, der mit Hilfe des elektrischen Stromes, der auch durch das nichtstationäre Paket fließt, erregt ist. Anstelle dieser'Haupt- schluß-Motor"-Schaltung kann der Elektromagnet auch in "Nebenschluß-Motor"-Schaltung betrieben werden, indem nur ein Teil des Stromes zur Erregung des Elektromagneten abgezweigt wird. Die Motorwirkung dieser Anordnung (im Verhältnis zur Reibung) wird optimal, wenn man die Dicke der Bleche, Folien oder Schichten so groß macht, daß die Summe der elektrischen Bahnwiderstände senkrecht durch die Bleche, Fol ien oder Schichten im nichtstationären Paket etwa ebenso groß ist, wie die Summe aller Kontaktwiderstände..Since the electric current flows perpendicular to the surface of the sheets, foils or layers through the non-stationary package, a magnetic force which the sheets generate can be generated by a magnetic field which is applied perpendicular to the direction of the electric current and perpendicular to the direction of movement of the layers , Films or layers are moved through the non-stationary package, or their movement is supported. The magnetic field can be generated by a permanent magnet. However, it can also be generated by an electromagnet that is excited by means of the electric current that also flows through the non-stationary package. Instead of this "main-circuit motor" circuit, the electromagnet can also be operated in a "shunt-motor" circuit by only branching off a part of the current to excite the electromagnet. The motor effect of this arrangement (in relation to friction) is optimal if you make the thickness of the sheets, foils or layers so large that the sum of the electrical path resistances perpendicular through the sheets, foils or layers in the non-stationary package is about as large as the sum of all contact resistances.

Die Thermoelektrischen Anordnungen gemäß der Erfindung lassen sich mit Vorteil zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie benutzen. Wegen ihrer großen Leistungsdichte sind sie als Generatoren für Fahrzeuge ebenso geeignet wie für Kraftwerke unterschiedl icher Größe.The thermoelectric arrangements according to the invention can be used advantageously for converting heat into electrical energy. Because of their high power density, they are suitable as generators for vehicles as well as for power plants of different sizes.

Sie lassen sich jedoch auch durch Zufuhr von elektrischer Leistung über den Peltier-Effekt als Wärmepumpen für Kühlung und reversible Heizung verwenden. Der elektrische Strom durch das nichtstationäre Paket erzeugt beim Übergang n → p (d.h.beim Elektronenfluß p→ n) eine Wärmeabsorption, d.h. eine Abkühlung.However, they can also be used as heat pumps for cooling and reversible heating by supplying electrical power via the Peltier effect use. The electrical current through the non-stationary packet generates heat absorption, ie cooling, at the transition n → p (ie with the electron flow p → n).

Beim Betrieb der Thermoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung als Generator und Wärmepumpe wird man im allgemeinen bestrebt sein, die mechanische Reibung zwischen den Blechen, Folien oder Schichten innerhalb des nichtstationären Paketes auf ein unvermeidbares Mindestmaß zu beschränken. Man kann jedoch die Thermoelektrische Anordnung der. Erfindung auch dazu benutzen, um mechanische Energie (z.B. Wasserkraft) in Reibungswärme im nichtstationären Paket umzusetzen, die ihrerseits wiederum in elektrische Energie umgewandelt wird. Über die Reibung lassen sich Temperaturen > 1 000°C im nichtstationären Paket erzeugen. Als Folge davon läßt sich mechanische Energie auf dem Umweg über die Reibungswärme mit Wirkungsgraden > 50 % in entnehmbare elektrische Energie umwandeln.When operating the thermoelectric arrangement according to the invention as a generator and heat pump, efforts will generally be made to limit the mechanical friction between the sheets, foils or layers within the non-stationary package to an unavoidable minimum. However, the thermoelectric arrangement of the. Also use the invention to convert mechanical energy (e.g. hydropower) into frictional heat in a non-stationary package, which in turn is converted into electrical energy. Temperatures> 1,000 ° C can be generated in a non-stationary package using friction. As a result, mechanical energy can be converted to removable electrical energy with efficiency> 50%.

Da die Elementschsenkel der Thermoelektrischen Anordnung durch Bleche, Folien oder Schichten gebildet sind, welche die Form von bewegten Bändern, Scheiben oder Ringen haben, muß deren Material - neben guter elektrischer Leitfähigkeit - auch mechanische Festigkeit und Duktilität aufweisen. Die besten Eigenschaften haben in dieser Hinsicht Metalle und Legierungen.Since the element legs of the thermoelectric arrangement are formed by sheets, foils or layers which have the shape of moving strips, disks or rings, their material - in addition to good electrical conductivity - must also have mechanical strength and ductility. Metals and alloys have the best properties in this regard.

Es lassen sich jedoch als Elementschenkel mit Erfolg auch Metall-Bän-. der, -Scheiben oder -Ringe verwenden, welche einseitig oder beidseitig mit Schichten aus thermoelektrisch p- oder n-leitendem Material belegt sind, welches für sich allein nicht duktil genug wäre.However, it can also be used as an element leg with success. use, discs or rings, which are coated on one or both sides with layers of thermoelectric p- or n-type material, which would not be ductile enough by itself.

Zur Verringerung der mechanischen Reibung und vor allem auch zur Verringerung der unvermeidbaren mechanischen Abnutzung der sich durch däs nichtstationäre Paket bewegenden Bleche, Folien oder Schichten, können die aufeinander gleitenden Flächen mit einem dünnen Film eines -Grenzflächen-Schmiermittels überzogen sein. Hierfür eignen sich besonders Stoffe mit einer sogenannten "Schichtgitter-Struktur", wie z.B. Graphit, MoS2, TiTe u.a. oder auch Schichten aus sogenannten "Lagermetallen", wie z.B. Blei, Zinn, Indium, Wismut u.a.In order to reduce the mechanical friction and above all to reduce the unavoidable mechanical wear and tear of the sheets, foils or layers moving through the non-stationary package, the surfaces sliding on one another can be coated with a thin film - Interface lubricant must be coated. Materials with a so-called "layer lattice structure", such as, for example, graphite, MoS 2 , TiTe, etc. or layers of so-called "bearing metals", such as, for example, lead, tin, indium, bismuth, etc., are particularly suitable for this

Da die Zonen mit den großen Temperaturgradienten sich nur auf sehr kleine Distanzen erstrecken, ist es möglich, die Temperaturdifferenzen innerhalb der Dicke eines Grenzflächen-Schmierfilmes abfallen zu lassen. Man kann für jeweils zwei benachbarte aufeinander gleitende Doppelflächen zwei unterschiedliche Grenzflächen-Schmiermittel benutzen, welche eine hohe Thermokraft gegeneinander haben, wie z.B. Pr2O3 mit WSe2, La203 mit WS2 u.a. Damit diese Schmierfilme nicht durch die Reibung zerstört werden, führt man sie laufend in sehr kleiner Menge den Gleitflächen zu.Since the zones with the large temperature gradients only extend over very small distances, it is possible to drop the temperature differences within the thickness of an interface lubricating film. You can use two different boundary surface lubricants for each two adjacent double surfaces sliding on each other, which have a high thermal force against each other, such as Pr 2 O 3 with WS e 2 , La 2 0 3 with WS 2 etc. So that these lubricating films are not destroyed by friction , they are continuously fed to the sliding surfaces in very small quantities.

Da die elektrische Kontakt-Bildung zwischen den im nichtstationären Paket aufeinander gleitenden Blechen, Folien oder Schichten grundsätzlich ein statistischer Vorgang ist; kann es nützlich sein, parallel zum nichtstationären Paket einen elektrischen Kondensator zu schalten. Dadurch lassen sich statistische Schwankungen der Spannung und des Stromes glätten.Since the electrical contact formation between the sheets, foils or layers sliding on one another in the non-stationary package is fundamentally a statistical process; it may be useful to connect an electrical capacitor in parallel with the non-stationary package. This allows statistical fluctuations in voltage and current to be smoothed out.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

  • Figur 1 eine Thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung mit einem Thermoelement im nichtstationären Paket als Generator.
  • Figur 2 eineThermoelektrische Anordnung gemäß der Er- findung mit einer Serienschaltung von vielen Thermoelementen im nichtstationären Paket als Generator mit impuis-förmiger Abgabe der elektri- sehen Leistung.
  • Figur 3 eine Thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung mit einem Thermoelement im nichtstationären Paket als Generator mit einseitiger nichtstationärer Aufheizung von Bändern.
  • Figur 4a und 4b eine Thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung als Generator in rotationssymmetrischer Ausführung.
  • Figur 5a und 5b eine Thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung als Wärmepumpe.
  • Figur 6a und 6b eine Thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung als Generator mit elektromotorischer Wirkung.
  • Figur 7a und 7b eine Thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung äls Generator zur Umwandlung von Reibungswärme.
The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments. In the accompanying drawing:
  • 1 shows a thermoelectric arrangement according to the invention with a thermocouple in the non-stationary package as a generator.
  • Figure 2 shows a thermoelectric arrangement according to the invention with a series connection of many thermocouples in the non-stationary package as Generator with pulse-shaped delivery of electrical power.
  • Figure 3 shows a thermoelectric arrangement according to the invention with a thermocouple in the non-stationary package as a generator with one-sided non-stationary heating of tapes.
  • 4a and 4b show a thermoelectric arrangement according to the invention as a generator in a rotationally symmetrical design.
  • 5a and 5b show a thermoelectric arrangement according to the invention as a heat pump.
  • 6a and 6b show a thermoelectric arrangement according to the invention as a generator with an electromotive effect.
  • 7a and 7b show a thermoelectric arrangement according to the invention as a generator for converting frictional heat.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

In Figur 1 sind 1 thermoelektrisch p-leitende Bleche aus Chromnickel (87,5 % Ni + 12;5 % Cr) und 2 thermoelektrisch n-leitende Bleche aus Thermokonstantan (60 % Cu + 40 % Ni). Alle Bleche haben die Form von Bändern mit einer Dicke von 0,5 mm und einer Breite von 5 cm, die sich mit einer Geschwindigkeit 7 von 10 cm/sec bewegen. Die beiden äußeren Bänder 1 und 2 haben die Temperatur T = 300°K, die beiden inneren Bänder befinden sich auf der Temperatur Th = 1100°K. Zwischen den beiden elektrischen Kontakten 4 und 5 in Form von (mit der Umfangsgeschwindigkeit 7) rotierenden Vollzylindern werden die kalten und heißen Bänder 1 und 2 zu einem nichtstationären Paket zusammengepreßt. Zwischen dem kalten und heißen Band 1 und dem kalten und heißen Band 2 entstehen dadurch die Zonen 3 mit den großen nichtstationären Temperaturgradienten. Die beiden Bänder 1 bilden den p-Schenkel und die beiden Bänder 2 bilden den n-Schenkel eines Thermoelementes, welches die Gestalt des nichtstationären Paketes 1 1 2 2 hat. Der elektrische Strom 6 fließt zwischen den elektrischen Kontakten 5 und 4 durch das nichtstationäre Paket zum Verbraucher 8.In FIG. 1 there are 1 thermoelectric p-type sheets made of chromium nickel (87.5% Ni + 12; 5% Cr) and 2 thermoelectric n-type sheets made of thermoconstantan (60% Cu + 40% Ni). All sheets are in the form of strips with a thickness of 0.5 mm and a width of 5 cm, which move at a speed 7 of 10 cm / sec. The two outer bands 1 and 2 have the temperature T = 300 ° K, the two inner bands are at the temperature T h = 1100 ° K. Between The two electrical contacts 4 and 5 in the form of full cylinders (rotating at the peripheral speed 7), the cold and hot strips 1 and 2 are pressed together to form a non-stationary package. Zones 3 with the large non-stationary temperature gradients are formed between the cold and hot band 1 and the cold and hot band 2. The two bands 1 form the p-leg and the two bands 2 form the n-leg of a thermocouple, which has the shape of the non-stationary package 1 1 2 2. The electrical current 6 flows between the electrical contacts 5 and 4 through the non-stationary package to the consumer 8.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

In Figur 2 sind 1 Eisen-Bänder und 2 Nickel-Bänder mit einer Breite von 3 cm und einer Dicke von 0, 1 mm. Diese Bänder 1 und 2 sind zu Paaren zusammengelegt, welche sich auf unterschiedlichen Temperaturen befinden. Die Paare 1 und 2 , die sich auf der Temperatur Th = 1300°K befinden, bewegen sich in Simultan-Schritten 7 von jeweils 4 cm aus dem linken Ofen 9 in den rechten Ofen 9 . Die Paare 1 und 2 , die sich auf der Temperatur T = 300°K befinden, bewegen sich phasengleich ebenfalls in Simultan-Schritten 7 von jeweils 4 cm senkrecht zur Zeichenebene. Sie sind zwischen den Paaren auf der Temperatur T = 1300°K angeordnet. In jeder Ruhephase zwischen den Simultan-Schritten 7 werden die kalten und warmen Paare 1 und 2 mit Hilfe der elektrischen Kontakte 4 und 5 , die als Press-Stempel ausgebildet sind, mit einem Gewicht von 10 Tonnen für 0,1 Sekunde zusarn- mengepreßt. Dies geschieht zweimal pro Sekunde. Bei jedem Zusang menpressen entstehen zwischen den kalten und warmen Eisenbändern 1 und den kalten und warmen Nickel-Bändern 2 die Zonen 3 mit dengre- ßen nichtstationären Temperaturgradienten. Der elektrische Strom 6 fließt jeweils nur 0,1 Sekunden lang in Abständen von 0,4 Sekunden durch das nichtstationäre Paket aus den übereinander gepreßten Bändern 1 und 2 zwischen den elektrischen Kontakten 4 und 5 zum Verbraucher 8. 5' ist der geöffnete elektrische Kontakt 5 während der Bewegungsphase 7. Die ganze Thermoelektrische Anordnung befindet sich zur Vermeidung von Korrosion in einer Stickstoff-Atmosphäre. Die Dicke des zwischen den Kontakten 4 und 5 zusammengepreßten nichtstationären Paketes beträgt 1 Meter. Es befinden sich darin insgesamt 2500 Thermoelemente mit einer Temperaturdifferenz von Th - Tc = 10000, die elektrisch in Serie geschaltet sind. Wegen des hohen Kontaktdruckes beträgt die Summe der elektrischen Kontaktwiderstände im nichtstationären Paket nur 2.10-3 Ohm. Bei angepaßtem Verbraucher 8 fließt ein maximaler lmpulsstrom 6 von etwa 20 kA, und die Thermoelektrische Anordnung gibt im zeitlichen Mittel eine elektrische Leistung von etwa 100 Kilowatt ab.In FIG. 2 there are 1 iron strips and 2 nickel strips with a width of 3 cm and a thickness of 0.1 mm. These bands 1 and 2 are combined into pairs which are at different temperatures. The pairs 1 and 2, which are at the temperature T h = 1300 ° K, move in simultaneous steps 7 of 4 cm each from the left oven 9 into the right oven 9. The pairs 1 and 2, which are at the temperature T = 300 ° K, also move in phase in simultaneous steps 7 of 4 cm each perpendicular to the plane of the drawing. They are arranged between the pairs at the temperature T = 1300 ° K. In each rest phase between the simultaneous steps 7, the cold and warm pairs 1 and 2 are pressed together with the aid of the electrical contacts 4 and 5, which are designed as press stamps, with a weight of 10 tons for 0.1 second. This happens twice a second. With each additional press, zones 3 are created between the cold and warm iron strips 1 and the cold and warm nickel strips 2 with the non-stationary temperature gradients. The electrical current 6 flows for only 0.1 seconds at intervals of 0.4 seconds through the non-stationary package from the bands 1 and 2 pressed together between the electrical contacts 4 and 5 to the consumer 8. 5 'is the opened electrical contact 5 during the movement phase 7. The whole thermoelectric arrangement is in a nitrogen atmosphere to avoid corrosion. The thickness of the non-stationary package compressed between contacts 4 and 5 is 1 meter. There are a total of 2500 thermocouples with a temperature difference of T h - T c = 1000 0 , which are electrically connected in series. Due to the high contact pressure, the sum of the electrical contact resistances in the non-stationary package is only 2.10 -3 ohms. When the consumer 8 is adapted, a maximum pulse current 6 of approximately 20 kA flows, and the thermoelectric arrangement emits an electrical power of approximately 100 kilowatts on average.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

In Figur 3 ist 1 ein Band aus Chromnickel (87,5 % Ni + 12,5 % Cr) mit einer Dicke von 0,5 mm. 2 ist ein Nickelband mit einer Dicke von 1 mm. Beide Bänder 1 und 2 haben eine Breite von 1 Meter. Sie werden mit einer Geschwindigkeit 7 von 5 Metern pro Sekunde bewegt. Im aufgefalteten Zustand sind sie fokussierter Sonnenstrahlung 10 so hoher Intensität ausgesetzt, daß sie einseitig und nichtstationär die Oberflächentemperatur Th = 1400°K annehmen. Sofort anschließend werden sie (mit den heißen Oberflächen gegeneinander zusammengefaltet) zwi- sehen den beiden Rollen 4 und 5 hindurchgezogen. Die Rellen 4 und 5 sind gleichzeitig die elektrischen Kontakte an dem Thermoelement, welches durch das nichtstationäre Paket aus den einseitig erhitzten Bändern 1 und 2 gebildet ist. Zwischen den einseitig auf die Temperatur T erhitzten Oberflächen und der Masse der Bänder 1 und in, neb welche sich auf der Temperatur Tc = 400°K befindet, bilden sich die Zonen 3 mit den großen Temperaturgradienten aus. Der elektrische Strom 6 fließt durch das nichtstationäre Paket zwischen den elektrischen Kontakten 4 und 5 zum Verbraucher 8.In FIG. 3, 1 is a band made of chrome nickel (87.5% Ni + 12.5% Cr) with a thickness of 0.5 mm. 2 is a nickel tape with a thickness of 1 mm. Both bands 1 and 2 have a width of 1 meter. They are moved at a speed 7 of 5 meters per second. In the unfolded state, they are exposed to focused solar radiation 10 with such a high intensity that they assume the surface temperature T h = 1400 ° K on one side and non-stationary. Immediately afterwards, they are pulled between the two rollers 4 and 5 (with the hot surfaces folded against each other). The spaces 4 and 5 are at the same time the electrical contacts on the thermocouple, which is formed by the non-stationary package from the bands 1 and 2 heated on one side. Between the one-sided on the tempera For the heated surfaces T and the mass of the strips 1 and in, which is at the temperature T c = 400 ° K, the zones 3 with the large temperature gradients are formed. The electrical current 6 flows through the non-stationary package between the electrical contacts 4 and 5 to the consumer 8.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

In Figur 4b ist 1 eine p + Siliziumschicht von 1.10-3 cm Dicke, die auf die Unterseite einer kreisförmigen Scheibe aus Molybdänblech 12 aufgebracht ist. Die Dicke des Molybdänbleches 12 beträgt 0,3 mm, der Außendurchmesser der kreisförmigen Scheibe beträgt 60 cm. 2 ist' eire n+-Siliziumschicht von 1.10-3 cm Dicke, die auf die Oberseite einer kreisförmigen Scheibe aus Molybdänblech 12 aufgebracht ist. Die Dicken der Molybcänbleche 12 betragen 0,3 mm, die Außendurchmesser der kreisförmigen Scheiben betragen 60 cm. Je zwei MolybdänScheiben 12 mit einer p+-Siliziumschicht 1 und einer n+-Siliziumschicht 2 sind mit den unbeschichteten Seiten paarweise zusammengelegt. Diese Paare sind abwechselnd um eine Wasserkühlung 13 in Figur 4a, die als Drehachse ausgebildet ist, und in einem Ofen 9 in Figur 4a, der ebenfalls eine Drehachse enthält, so gelagert und gestapelt, daß sie sich an einer Stelle zu einem Paket überlagern. 11 sind lsolier-Ringe zwischen den Paaren. Alle kreisförmigen Scheiben aus Molybdänblech 12 mit den Schichten 1 und 2 rotieren mit der Umfangsgeschwindigkeit 7 von 30 cm/sec. Die kreisförmigen Scheiben 12 , welche sich in dem Ofen 9 befinden, haben eine Temperatur Th = 1300 K. Die kreisförmigen Scheiben 12 um die Wasserkühthis 13 werden auf der Temperatur Tc = 300°K festgehalten. Die hei-Ben und die kalten Paare von Molybdänscheiben 12 mit den Schichten 1 und 2 überlappen sich so, daß immer eine heiße und eine kalte Schicht 1 und eine heiße und eine kalten Schicht 2 im nichtstationären Paket aufeinander gleiten. Diese Gleitflächen sind die Zonen 3 is mit den großen Temperaturgradienten. Die elektrischen Kontakte 4 und 5 sind als rollende Druck-Kontakte ausgebildet, durch weiche das nichtstationäre Paket unter einem Druck von 100 kg gehalten wird. Der elektrische Strom 6 fließt über den Verbraucher 8 und zwischen den elektrischen Druck-Kontakten 4 und 5 durch das nichtstationäre Paket, welches eine Länge von 125 cm hat.In FIG. 4b, 1 is a p + silicon layer of 1.10 -3 cm thick, which is applied to the underside of a circular disk made of molybdenum sheet 12. The thickness of the molybdenum sheet 12 is 0.3 mm, the outer diameter of the circular disk is 60 cm. 2 is a n + silicon layer 1.10 -3 cm thick, which is applied to the top of a circular disk made of molybdenum sheet 12. The thicknesses of the molybdenum sheets 12 are 0.3 mm, the outer diameters of the circular disks are 60 cm. Two molybdenum disks 12 each with a p + silicon layer 1 and an n + silicon layer 2 are put together in pairs with the uncoated sides. These pairs are alternately stored and stacked around a water cooling system 13 in FIG. 4a, which is designed as an axis of rotation, and in an oven 9 in FIG. 4a, which also contains an axis of rotation, in such a way that they overlap in one place to form a package. 11 are insulating rings between the pairs. All circular disks made of molybdenum sheet 12 with the layers 1 and 2 rotate at the peripheral speed 7 of 30 cm / sec. The circular disks 12, which are located in the furnace 9, have a temperature T h = 1300 K. The circular disks 12 around the water cooling this 13 are held at the temperature T c = 300 ° K. The hot ben and the cold pairs of molybdenum disks 12 with the layers 1 and 2 overlap so that always a hot and a cold layer 1 and a hot and a cold layer 2 in the non-stationary slide your package onto each other. These sliding surfaces are the zones 3 is with the large temperature gradients. The electrical contacts 4 and 5 are designed as rolling pressure contacts, by means of which the non-stationary package is kept under a pressure of 100 kg. The electrical current 6 flows through the consumer 8 and between the electrical pressure contacts 4 and 5 through the non-stationary package, which has a length of 125 cm.

In einer anderen Variante des Ausführungsbeispiels 4 sind in Figur 4 die p+- und n+-Siliziumschichten 1 und 2 durch eine WSe2-Schicht 1 und eine Pr2O3-Schicht 2 ersetzt. Beide Schichten haben eine Dicke von 10-5cm und bleiben als Folge einer laufenden Zuführung sehr kleiner Mengen WSe2 bzw. Pr203 auf den Molybdänblechen 12 als dichter und zusammenhängender Film erhalten. Die Temperaturdifferenz Th - T = 1000° zwischen den heißen und den kalten Molybdän- blechen 12 fäilt praktisch vollständig in den WSe2-Schichten 1 und den Pr2O3-Schichten 2 ab, welche dadurch gleichzeitig die Zonen 3 mit den großen Temperaturgradienten sind. Da die Thermokraft zwischen WSe2 und Pr203 > 1 mV/grd ist, gibt diese Anordnung Arbeitsspannungen 1000 Volt ab. Da es sich bei den Materialien WSe2 und Pr2O3 um Substanzen mit einem sogenannten "Schichtgitter" (wie z.B. MoS2, Graphit, Bornitrid, WS , TiTe, La203 u.a.) handelt, wirken die Schichten 1 und 2 gleichzeitig als Grenzflächen-Schmiermittel. Dadurch wird die Reibung zwischen den sich ohnehin fast in gleicher Richtung im nichtstationären Paket bewegenden Molybdänblechen 12 noch weiter verkleinert.In another variant of exemplary embodiment 4, the p + and n + silicon layers 1 and 2 in FIG. 4 are replaced by a WSe 2 layer 1 and a Pr 2 O 3 layer 2. Both layers have a thickness of 10 -5 cm and remain as a result of a continuous supply of very small amounts of WSe 2 or Pr 2 0 3 on the molybdenum sheets 12 as a dense and coherent film. The temperature difference T h - T = 1000 ° between the hot and cold molybdenum sheets 12 practically completely falls off in the WSe 2 layers 1 and the Pr 2 O 3 layers 2, which at the same time zones 3 with the large temperature gradients are. Since the thermal force between WSe 2 and Pr 2 0 3 > 1 mV / grd, this arrangement gives off working voltages of 1000 volts. Since the materials WSe 2 and Pr 2 O 3 are substances with a so-called "layer lattice" (such as MoS 2 , graphite, boron nitride, WS, TiTe, La 2 0 3 and others), layers 1 and 2 act simultaneously as an interface lubricant. As a result, the friction between the molybdenum sheets 12, which in any case move almost in the same direction in the non-stationary package, is further reduced.

Ausführungsbeispiel 5Embodiment 5

In Figur 5b ist 1 ein Eisenblech mit einer Dicke von o,4 mm, das die. Form eines Kreisringes mit einem Außen-Durchmesser von 50 cm hat. 2 ist ein Blech aus Thermokonstantan (60 % Cu + 40 % Ni) mit einer Dicke von 0,3 mm, das ebenfalls die Form eines Kreisringes mit einem Außen-Durchmesser von 50 cm hat. 12 ist ein Kupferblech mit einer Dicke von 0,3 mm, das mit einer 2.10-4 cm dicken Bleischicht 14 zur Verminderung der Grenzflächenreibung überzogen ist, und welches ebenfalls einen Außen-Durchmesser von 50 cm hat. 11 sind lsolier-Ringe. Die Kupfer-Ringe 12 und die Paare von Ringen aus Eisenblech 1 und Thermokonstantan-Blech 2 überlappen sich so, daß ein Kupferblech 12 jeweils zwischen einem Eisenblech 1 und einem Blech aus Thermokonstantan 2 liegt, und daß zwischen zwei Kupferblechen 12 immer ein Paar von Blechen aus Eisen 1 und Thermokonstantan 2 zu liegen kommt. Die Kupferbleche 12 in Form von Ringen rotieren um eine gemeinsame Achse mit der Umfangsgeschwindigkeit 7 , und die Eisenbleche 1 zusammen mit den Blechen aus Thermokonstantan 2 rotieren ebenfalls um eine andere gemeinsame Achse mit der Umfangsgeschwindigkeit 7 . Die Überlappungszone der rotierenden Ringe 12 und der rotierenden Ringe 1 und 2 wird mit Hilfe der rollenden elektrischen Kontakte 4 und 5 mechanisch mit einem Gewicht von 25 kg zusammengedrückt. Sie bildet das nichtstationäre Paket, über das mit Hilfe der Stromquelle 15 der elektrische Strom 6 geleitet wird. Beim Übergang des Stromes 6 vom Thermokonstantan 2 zur Bleischicht 14 auf dem Kupfer 12 und beim Übergang des Stromes 6 von der Bleischicht 14 auf dem Kupfer 12 zum Eisen 1 wird Wärme absorbiert. Die pro Zeiteinheit absorbierte Wärme ist der Stromstärke von 6 sowie der Peltier-Spannung von Thermokonstantan .2 gegen Blei 14 bzw. von Blei 14 gegen Eisen 1 proportional. Als Folge dieser Wärmeabsorption entstehen an den aufeinander gleitenden Grenzflächen die Zonen 3 mit den großen Temperaturgradienten. Beim Übergang des Stromes 6 vom Eisen 1 zum Thermokonstantan 2 wird reversibei Wärme frei, die über die Wasserküh- lung 13 abgeführt wird.In Figure 5b 1 is an iron sheet with a thickness of 0.4 mm, which the. Has a circular ring with an outer diameter of 50 cm. 2 is a sheet made of thermoconstantan (60% Cu + 40% Ni) with a thickness of 0.3 mm, which also has the shape of a circular ring with an outer diameter of 50 cm. 12 is a copper sheet with a thickness of 0.3 mm, which is coated with a 2.10 -4 cm thick lead layer 14 to reduce the interface friction, and which also has an outer diameter of 50 cm. 11 are insulating rings. The copper rings 12 and the pairs of rings made of iron sheet 1 and thermoconstantane sheet 2 overlap so that a copper sheet 12 lies between an iron sheet 1 and a sheet of thermoconstantane 2, and that between two copper sheets 12 there is always a pair of sheets from iron 1 and thermoconstant 2 comes to rest. The copper sheets 12 in the form of rings rotate about a common axis at the peripheral speed 7, and the iron sheets 1 together with the sheets made of thermoconstantan 2 also rotate about another common axis at the peripheral speed 7. The overlapping zone of the rotating rings 12 and the rotating rings 1 and 2 is mechanically compressed with the help of the rolling electrical contacts 4 and 5 with a weight of 25 kg. It forms the non-stationary package, via which the electrical current 6 is conducted with the aid of the current source 15. When the current 6 passes from the thermoconstant 2 to the lead layer 14 on the copper 12 and when the current 6 passes from the lead layer 14 on the copper 12 to the iron 1, heat is absorbed. The heat absorbed per unit of time is proportional to the current strength of 6 and the Peltier voltage of thermoconstantan .2 against lead 14 or of lead 14 against iron 1. As a result of this heat absorption, zones 3 with the large temperature gradients arise at the sliding interfaces. When the current 6 passes from iron 1 to thermoconstant 2, reversible heat is released, which is dissipated via water cooling 13.

Die Eisenbleche 1 und die Thermokonstantan-Bleche 2 bleiben auf der Temperatur T = 300°K, und die Kupferbleche 12 mit der Blei- schicht 14 kühlen sich auf die Temperatur Tc ab. Die rotierenden Kupferbleche 12 bilden - wie in Figur 5a gezeigt - an vier Stellen nichtstationäre Pakete wie in Figur 5b beschrieben. Diese werden elektrisch parallel von Strom 6 durchflossen. Die im nichtstationären Paket erzeugte Reibungswärme wächst proportional mit dem mechanischen Druck P zwischen den Kontakten 4 und 5. Die Summe der elektrischen Kontaktwiderstände in einem nichtstationären .Paket wächst dagegen nur mit P

Figure imgb0001
(bei metallisch reinen Kontaktflächen) bzw. nur mit P
Figure imgb0002
 (bei Kontaktflächen mit sehr dünnen Fremdschichten). Mit Hilfe mehrerer parallelgeschalteter nichtstationärer Pakete unter jeweils kleinerem Druck P läßt sich deshalb ein bestimmter elektrischer Widerstandswert mit kleinerer Reibungswärme erzeugen als mit einem einzigen nichtstationären Paket unter dann notwendigerweise viel größerem Druck P. Die Dicke der nichtstationären Pakete beträgt 1 Meter. Sie enthalten 1000 Thermoelemente in Serie. Derelektrische Gesamtwiderstand der vier paralleigeschalteten nichtstationären Pakete beträgt etwa 2.10-2 Ohm. Die elektrische Spannung der Batterie 15 ist 15,6 Volt. Die maximale Kühlleistung der Anordnung (für T = T ) beträgt 6 Kilowatt. Mit Hilfe der Wärmeisolation 16 lassen sich (bei gegen Null gehender Kühlleistung) sehr tiefe Temperaturen T erreichen. cThe iron sheets 1 and the thermoconstant sheets 2 remain at the temperature T = 300 ° K, and the copper sheets 12 with the lead layer 14 cool down to the temperature T c . The rotating copper sheets 12 - as shown in FIG. 5a - form non-stationary packets at four points as described in FIG. 5b. Current 6 flows through them in parallel electrically. The frictional heat generated in the non-stationary package increases proportionally with the mechanical pressure P between contacts 4 and 5. The sum of the electrical contact resistances in a non-stationary package, on the other hand, only increases with P
Figure imgb0001
 (with pure metallic contact surfaces) or only with P
Figure imgb0002
 (with contact surfaces with very thin foreign layers). With the help of several non-stationary packages connected in parallel, each with a lower pressure P, a certain electrical resistance value can therefore be generated with less frictional heat than with a single non-stationary package under a necessarily higher pressure P. The thickness of the non-stationary packages is 1 meter. They contain 1000 thermocouples in series. The total electrical resistance of the four non-stationary packets connected in parallel is approximately 2.10 -2 ohms. The electrical voltage of the battery 15 is 15.6 volts. The maximum cooling capacity of the arrangement (for T = T) is 6 kilowatts. With the help of the thermal insulation 16, very low temperatures T can be reached (with cooling capacity approaching zero). c

Ausführungsbeispiel 6Embodiment 6

In Figur 6b ist 1 eine 1.10-3cm dicke Schicht aus der Legierung "Pallaplat Pl.us" (95 % Pt + 5 % Rh) und 2 eine 1.10-3 dicke Schicht aus der Legierung "Pallaplat Minus" (52 % Au + 46 % Pd + 2 % Pt). Beide Schichten 1 und 2 sind auf unterschiedliche Seiten eines Eisen bleches 12 aufplattiert, welches eine Dicke von 0,08 mm hat Die Eisenbleche 12 mit den Plattierungsschichten 1 und 2 haben die Form von größeren und kleineren Kreisringen. Sie sind - wie in Figur 6a gezeigt - konzentrisch um die Keramik-Rohre 18 gelagert und unter Zwischenschaltung der Isolier-Ringe 11 gestapelt. Die um die kleineren Keramik-Rohre 18 gelagerten Eisenbleche 12 (mit den Schichten 1 und 2) überlappen sich mit den um das größere Keramik- Rohr 18 gelagerten Eisenblechen 12 (mit den Schichten 1 und 2) so, daß immer eine Schicht 1 mit einer Schicht 2 in Kontakt steht. Diese Überlappungen zwischen großen und kleinen Eisenblechen 12 bestehen an vier Stellen, wo sie nichtstationäre Pakete entsprechend Figur 6b bilden. Der Außen-Durchmesser der großen Kreisringe aus Eisenblech 12 um das große Keramikrohr 18 ist 2 Meter, der Außen-Durchmesser der kleineren Kreisringe aus Eisenblech 12 um die kleineren Keramik-Rohre 18 ist 50 cm. Alle Eisenbleche 12 rotieren mit der Umfangsgeschwindigkeit 7 von 50 cm/sec. Durch die elektrischen Kontakte 4 und 5 werden die nichtstationären Pakete mit einem Gewicht von je 50 kg belastet. Mit Hilfe von vier Wasserstoff-Sauerstoff-Flammen 17 , welche die Form einer Zeile heben, deren Länge gleich der Länge eines nichtstationären Paketes ist, werden die Plattierungsschichten 1 und 2 auf den großen und auf den kleineren Eisenblechen 12 jeweils kurz vor ihrem Eintritt in ein nichtstationäres Paket auf die Oberflächentemperatur Th = 1500°K aufgeheizt. Dadurch entstehen die Zonen 3 mit den großen Temperaturgradienten, die im nichtstationären Paket die heißen Kontakte der elektrisch in Serie geschalteten Thermoelemente sind. Durch Luftkühlung werden die kalten Kontakte auf der Temperatur T = 500°K gehalten. Die elektrischen Ströme 6 durch die vier nichtstationären Pakete sind parallel gerichtet. Sie fließen, bevor sie dem Verbraucher 8 zugeführt werden, durch die Erregerspulen 21 von vier Elektromagneten 20 zwischen deren Polschuhen 19 - mit dem Nordpol N und dem Südpol S - sich jeweils ein vom Strom 6 durchflossenes nichtstationäres Paket befindet. Dadurch wird eine motorische Kraft auf die rotierenden Eisenbleche 12 in Richtung ihrer Bewegung 7 ausgeübt. Die nichtstationären Pakete haben eine Länge von 2 Metern. Jedes nichtstationäre Paket enthält 2.104 Thermoelemente in Serienschaltung und hat einen elektrischen Widerstand von 0,2 Ohm. Die Leerlauf-Spannung beträgt 1200 Volt. Zwischen die elektrischen Kontakte 4 und 5 ist parallel zu jedem nichtstationären Paket ein Kondensator 22 zur Glättung des Stromes 6 geschaltet.In FIG. 6b, 1 is a 1.10 -3 cm thick layer made of the alloy "Pallaplat Pl.us" (95% Pt + 5% Rh) and 2 is a 1.10 -3 thick layer made of the alloy "Pallaplat Minus" (52% Au + 46% Pd + 2% Pt). Both layers 1 and 2 are on different sides of an iron plated 12, which has a thickness of 0.08 mm The iron sheets 12 with the plating layers 1 and 2 have the shape of larger and smaller circular rings. As shown in FIG. 6a, they are mounted concentrically around the ceramic tubes 18 and stacked with the insulating rings 11 interposed. The iron sheets 12 (with layers 1 and 2) stored around the smaller ceramic tubes 18 overlap with the iron sheets 12 (with layers 1 and 2) stored around the larger ceramic tube 18 so that there is always one layer 1 with one Layer 2 is in contact. These overlaps between large and small iron sheets 12 exist at four points, where they form non-stationary packages according to Figure 6b. The outer diameter of the large circular rings made of iron sheet 12 around the large ceramic tube 18 is 2 meters, the outer diameter of the smaller circular rings made of iron sheet 12 around the smaller ceramic tubes 18 is 50 cm. All iron sheets 12 rotate at the peripheral speed 7 of 50 cm / sec. Electrical contacts 4 and 5 load the non-stationary packages with a weight of 50 kg each. With the help of four hydrogen-oxygen flames 17, which raise the shape of a line, the length of which is equal to the length of a non-stationary package, the plating layers 1 and 2 on the large and on the smaller iron sheets 12 are each shortly before they enter one Non-stationary package heated to the surface temperature T h = 1500 ° K. This creates zones 3 with the large temperature gradients, which are the hot contacts of the electrically connected thermocouples in the non-stationary package. The cold contacts are kept at the temperature T = 500 ° K by air cooling. The electrical currents 6 through the four non-stationary packets are directed in parallel. Before they are fed to the consumer 8, they flow through the excitation coils 21 of four electromagnets 20 between their pole pieces 19 the north pole N and the south pole S - there is a non-stationary package through which current 6 flows. As a result, a motor force is exerted on the rotating iron sheets 12 in the direction of their movement 7. The non-stationary parcels are 2 meters long. Each non-stationary package contains 2.10 4 thermocouples connected in series and has an electrical resistance of 0.2 ohms. The open circuit voltage is 1200 volts. A capacitor 22 for smoothing the current 6 is connected between the electrical contacts 4 and 5 in parallel with each non-stationary packet.

Ausführungsbeispiel 7Embodiment 7

In Figur 7b ist 1 ein Wolframblech mit einer Dicke von 0,8 mm. 2 ist eine Wolfram-Carbidschicht in einer Dicke von 0,2 mm, die auf das Wolframblech 1 aufgebracht ist. Jedes Wolframblech 1 mit der Wolfram-Carbidschicht 2 hat die Form eines Kreisringes mit einem Außen-Durchmesser von 40 cm. Um zwei Keramik-Rohre 18 , die eine Wasserkühlung 13 haben, sind die Kreisringe aus Wolframblech 1 mit der Wolfram-Carbidschicht 2 so gelagert und unter Verwendung vcn lsolier-Ringen 11 so gestapelt, daß sie sich an einer Stelle überlappen (Figur 7a). Bei dieser Überlappung kommen immer ein Wolframblech 1 und eine Wolfram-Carbidschicht 2 miteinander in Kontakt. Die Wolframbleche 1 mit den Wolfram-Carbidschichten 2 um das linke Keramik-Rohr 18 und um das rechte Keramik-Rohr 18 in Figur 7a rotieren mit dem gleichen Betrag der Umfangsgeschwindigkeit 7 von 120 cm/sec. Sie bewegen sich im nichtstationären Paket zwischen den elektrischen Kontakten 4 und 5 , aber in entgegengesetzter Richtung. Der Druck zwischen den Kontakten 4 und 5 auf das nichtstationäre Paket mit einer Länge von 80 cm beträgt 50 kg. Obwohl die Wolfram-Carbidschichten 2 mit ihrer hexagonalen Struktur einen relativ kleinen Reibungskoeffizienten haben, werden im nichtstationären Pa ket etwa 100 Kilowatt mechanisches Leistungs-Äquivalent in Reibungswärme umgesetzt. An den Reibungsflächen zwischen den Wolfram-Blechen 1 und den Wolfram-Carbidschichten 2 entstehen durch die Reibung die Zonen 3 mit den großen Temperaturgradienten bei Temperaturspitzen bis zu 2 000°C. Zur Vermeidung von Oxydationsprozessen befindet sich die Anordnung in einer Helium-Atmosphäre. Im nichtstationären Paket zwischen den Kontakten 4 und 5 sind 800 Thermoelemente in Serie geschaltet. Die heißen Koritäktstellen der Thermoelemente sind die aufeinander reibenden Oberflächen von Wolfram 1 und Wolfram-Carbid 2. Die kalten Kontaktstellen der Thermoelemente sind die innerhalb eines Wolframbleches 1 liegenden Übergänge von Wolfram 1. nach Wolfram-Carbid 2 . Dem Verbraucher 8 können über den elektrischen Strom 6 bis zu 85 % der zur Überwindung der Reibung benötigten mechanischen Energie in Form von elektrischer Energie zugeführt werden. Zur Glättung des Stromes 6 ist zwischen die Kontakte 4 und 5 der Kondensator 22 geschaltet.In FIG. 7b, 1 is a tungsten sheet with a thickness of 0.8 mm. 2 is a tungsten carbide layer with a thickness of 0.2 mm, which is applied to the tungsten sheet 1. Each tungsten sheet 1 with the tungsten carbide layer 2 has the shape of a circular ring with an outer diameter of 40 cm. The circular rings made of tungsten sheet 1 with the tungsten carbide layer 2 are mounted around two ceramic tubes 18, which have a water cooling 13, and stacked using insulating rings 11 in such a way that they overlap at one point (FIG. 7a). With this overlap, a tungsten sheet 1 and a tungsten carbide layer 2 always come into contact with one another. The tungsten sheets 1 with the tungsten carbide layers 2 around the left ceramic tube 18 and around the right ceramic tube 18 in FIG. 7a rotate with the same amount of the peripheral speed 7 of 120 cm / sec. They move in the non-stationary package between the electrical contacts 4 and 5, but in the opposite direction. The pressure between contacts 4 and 5 on the non-stationary package with a length of 80 cm is 50 kg. Although the wolf ram carbide layers 2 with their hexagonal structure have a relatively small coefficient of friction, about 100 kilowatts of mechanical power equivalent are converted into frictional heat in the non-stationary package. On the friction surfaces between the tungsten sheets 1 and the tungsten carbide layers 2, the zones 3 with the large temperature gradients at temperature peaks of up to 2,000 ° C. are created by the friction. To avoid oxidation processes, the arrangement is in a helium atmosphere. In the non-stationary package between contacts 4 and 5, 800 thermocouples are connected in series. The hot points of contact of the thermocouples are the surfaces of tungsten 1 and tungsten carbide 2 that rub against each other. The cold contact points of the thermocouples are the transitions from tungsten 1 to tungsten carbide 2 that are within a tungsten sheet 1. Up to 85% of the mechanical energy required to overcome the friction can be supplied to the consumer 8 in the form of electrical energy via the electrical current 6. For smoothing the current 6, the capacitor 22 is connected between the contacts 4 and 5.

Bedeutung der KennziffernMeaning of the indicators

  • 1 Thermoelektrisches p-Material1 thermoelectric p-material
  • 2 Thermoelektrisches n-Material2 Thermoelectric n-material
  • 3 Zone mit großen Temperaturgradienten3 zone with large temperature gradients
  • 4 Unterer elektrischer Kontakt am nichtstationären Paket4 Lower electrical contact on the non-stationary package
  • 5 Oberer elektrischer Kontakt am nichtstationären Paket5 Upper electrical contact on the non-stationary package
  • 6 Elektrischer Strom6 Electric current
  • 7 Mechanische Bewegung7 Mechanical movement
  • 8 Elektrischer Verbraucher8 Electrical consumer
  • 9 Ofen9 oven
  • 10 Fokussisrte Sonnenstrahlung10 Focused solar radiation
  • 11 lsolier-Ring11 insulating ring
  • 12 Träger-Blech12 carrier sheet
  • 13 Wasserkühlung13 water cooling
  • 14 Blei-Schicht14 lead layer
  • 15 Stromquelle15 power source
  • 16 Wärme-Isolation16 heat insulation
  • 17 Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme17 hydrogen-oxygen flame
  • 18 Keramik-Rohr18 ceramic tube
  • 19 Magnet-Pol schuh19 magnetic pole shoe
  • 20 Elektro-Magnet20 electro magnet
  • 21 Erreger-Spule21 excitation coil
  • 22 Elektrischer Kondensator22 Electrical capacitor

Claims (14)

1. Thermoelektrische Anordnung mit großen nichtstationären Temperaturgradienten dadurch gekennzeichnet, daß die Elementschenkel eines Thermoelementes durch Bleche, Fol ien oder Schichten gebildet sind, welche die Form von Bändern, Scheiben oder Ringen haben und mechanisch so bewegt sind, daß sie sich alle mindestens an einer Stelle mit ihren Oberflächen mechanisch berühren und an dieser Stelle ein nichtstationäres Paket bilden, welches abwechselnd thermoelektrische p/n- und n/p-Übergänge enthält, zwischen denen eine Temperaturdifferenz besteht, und daß ein elektrischer Strom durch das nichtstationäre Paket senkrecht zur Oberfläche der Bleche, Folien oder Schichten fließt.1. Thermoelectric arrangement with large non-stationary temperature gradients, characterized in that the element legs of a thermocouple are formed by sheets, foils or layers, which have the form of strips, disks or rings and are mechanically moved so that they are all at least in one place touch mechanically with their surfaces and form at this point a non-stationary package, which alternately contains thermoelectric p / n and n / p transitions, between which there is a temperature difference, and that an electrical current through the non-stationary package is perpendicular to the surface of the sheets, Foils or layers flow. 2. Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstationäre Paket unter mechanischem Druck steht.2. Thermoelectric arrangement according to claim 1, characterized in that the non-stationary package is under mechanical pressure. 3. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstationäre Paket durch einseitiges Aufheizen von thermoelektrisch p-und n-leitenden Bleche, Folien oder Schichten mit Hilfe von Plasma oder Strahlung und anschließendem Zusammenführen der heißen Seiten und der kalten Seiten der Bleche, Folien oder Schichten zustande kommt.3. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the non-stationary package by one-sided heating of p-and n-type thermoelectric sheets, foils or layers with the aid of plasma or radiation and subsequent merging of the hot sides and the cold sides of the sheets , Foils or layers. 4. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstationäre Paket durch Zu sammenführen von abwechsel nd warmen und kalten Paaren aus thermoelektrisch n- und p-leitenden Blechen, Fol ien oder Schichten zustande kommt.4. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the non-stationary package by merging alternating nd warm and cold pairs of thermoelectric n- and p-conductive sheets, Foils or layers. 5. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bewegung der thermoelektrisch n- und p-leitenden Bleche, Folien oder Schichten in Form von Bändern, Scheiben oder Ringen durch magnetische Ablenkung im (Strom-durchflossenen) nichtstationären Paket zustande kommt oder unterstützt wird.5. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical movement of the thermoelectrically n- and p-conducting sheets, foils or layers in the form of strips, disks or rings occurs by magnetic deflection in the (current-flowed) non-stationary package or is supported. 6. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie unter Zuführung von Wärme als elektrischer Generator arbeitet.6. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it works with the supply of heat as an electrical generator. 7. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferen- . zen im nichtstationären Paket durch den elektrischen Strom verursacht sind, und daß die Anordnung unter Zuführung Von elektrischer Leistung als Wärmepumpe arbeitet.7. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature difference. Zen are caused in the non-stationary package by the electrical current, and that the arrangement works with the supply of electrical power as a heat pump. 8. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenzen im nichtstationären Paket durch mechanische Reibung zwischen den thermoelektrisch n-leitenden und den thermoelektrisch p-leitenden Blechen, Folien oder Schichten erzeugt sind, und daß die Reibungswärme in elektrische Energie umgewandelt wird.8. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature differences in the non-stationary package are generated by mechanical friction between the thermoelectric n-type and the thermoelectric p-type sheets, foils or layers, and that the frictional heat is converted into electrical energy . 9. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch parallel zum nichtstationären Paket ein Kondensator geschaltet ist.9. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a capacitor is electrically connected in parallel to the non-stationary package. 10. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nichtstationäre Pakete elektrisch parallel geschaltet sind.10. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that several non-stationary packets are electrically connected in parallel. 11. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Elementschenkel Metalle, Metall-Legierungen oder metallisch leitende Verbindungen verwendet sind.11. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that metals, metal alloys or metallically conductive compounds are used as the material for the element legs. 12. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als Elementschenkel metallisch leitende Bänder, Scheiben oder Ringe verwendet sind, die einseitig oder beidseitig mit Schichten aus thermoelektrisch n-leitendem oder p-leitendem Material belegt sind.12. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that metallically conductive strips, disks or rings are used as element legs, which are coated on one side or on both sides with layers of thermoelectric n-conductive or p-conductive material. 13. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Reibung und des mechanischen Abriebs die im nichtstationären Paket aufeinander gleitenden Bänder, Scheiben oder Ringe mit einem dünnen Film eines Grenzflächen-Schmiermittels überzogen sind.13. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in order to reduce the friction and the mechanical abrasion, the bands, disks or rings sliding on one another in the non-stationary package are coated with a thin film of an interface lubricant. 14. Thermoelektrische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß im nichtstationären Paket für benachbarte aufeinander gleitende Flächen zwei unterschiedl iche Grenzflächen-Schmiermittel in Form von dünnen Filmen verwendet sind, die eine hohe Thermokraft gegeneinander haben.14. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that two different interface lubricants are used in the form of thin films in the non-stationary package for adjacent sliding surfaces, which have a high thermal force against each other.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3202791A1 (en) * 1982-01-28 1983-08-04 Kurt Dipl.-Ing. 6380 Bad Homburg Bojak Thermoelectric systems with control devices for improving efficiency
US7629531B2 (en) * 2003-05-19 2009-12-08 Digital Angel Corporation Low power thermoelectric generator
US6958443B2 (en) * 2003-05-19 2005-10-25 Applied Digital Solutions Low power thermoelectric generator
US7834263B2 (en) * 2003-12-02 2010-11-16 Battelle Memorial Institute Thermoelectric power source utilizing ambient energy harvesting for remote sensing and transmitting
CA2549826C (en) * 2003-12-02 2014-04-08 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices and applications for the same
US8455751B2 (en) * 2003-12-02 2013-06-04 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices and applications for the same
US20050139250A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-30 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices and applications for the same
US7985918B2 (en) * 2006-12-14 2011-07-26 Thermohex, Llc Thermoelectric module
WO2008076378A1 (en) * 2006-12-14 2008-06-26 Thermohex, Llc A thermoelectric module
US20090301538A1 (en) * 2006-12-14 2009-12-10 Joel Lindstrom Thermoelectric module
US20090084421A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices
CN101958670B (en) * 2009-07-15 2014-08-13 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 Waste heat recovering system
US20110094556A1 (en) * 2009-10-25 2011-04-28 Digital Angel Corporation Planar thermoelectric generator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2547262A1 (en) * 1975-10-22 1977-04-28 Dahlberg Reinhard THERMOELECTRIC ARRANGEMENT WITH LARGE TEMPERATURE GRADIENTS

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US434587A (en) * 1890-08-19 Thermo-electric battery
US3757146A (en) * 1971-05-12 1973-09-04 W Love Thermoelectric generator
US3714539A (en) * 1971-06-24 1973-01-30 Minnesota Mining & Mfg Pressure-contact structure for thermoelectric generators

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2547262A1 (en) * 1975-10-22 1977-04-28 Dahlberg Reinhard THERMOELECTRIC ARRANGEMENT WITH LARGE TEMPERATURE GRADIENTS

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