DE102005003310B3

DE102005003310B3 - Pneumatic device for generation of electricity has thermoelectric semiconductor and pneumatic generation device which has pneumatic component in which compressed air oscillates for heating of semiconductor element

Info

Publication number: DE102005003310B3
Application number: DE200510003310
Authority: DE
Inventors: Manfred Zindl
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine pneumatische Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, mit mindestens einem thermoelektrischen Halbleiterelement (15) zur Erzeugung elektrischer Energie anhand einer Temperaturdifferenz (29) und mit pneumatischen Temperaturdifferenzerzeugungsmitteln zur Erzeugung der Temperaturdifferenz (29) anhand von Druckluft (12).The invention relates to a method and a pneumatic device for generating electrical energy, comprising at least one thermoelectric semiconductor element (15) for generating electrical energy based on a temperature difference (29) and with pneumatic temperature difference generating means for generating the temperature difference (29) by means of compressed air (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, mit mindestens einem thermoelektrischen Halbleiterelement zur Erzeugung elektrischer Energie anhand einer Temperaturdifferenz und mit pneumatischen Temperaturdifferenzerzeugungsmitteln zur Erzeugung der Temperaturdifferenz anhand von Druckluft sowie ein entsprechendes Verfahren.The The invention relates to a pneumatic device for generating electrical Energy, with at least one thermoelectric semiconductor element for Generation of electrical energy based on a temperature difference and with pneumatic temperature difference generating means for generating the temperature difference based on compressed air and a corresponding Method.

Aus der JP 01 295 684 A geht eine derartige pneumatische Vorrichtung hervor. Bei der Vorrichtung ist ein Seebeck-Element an einem pneumatischen Rohr angeordnet, das eine Abzweigung zu einem Manometer hat. Das Manometer wird durch das Seebeck-Element mit elektrischer Energie versorgt. Das Seebeck-Element wird an seiner an dem pneumatischen Rohr angeordneten Seite durch die Druckluft erwärmt. Auf der anderen Seite des Seebeck-Elementes, die von dem pneumatischen Rohr abgewandt ist, sind metallische Kühlplatten vorhanden, so dass eine Temperaturdifferenz in dem Seebeck-Element entsteht, die zur Energieerzeugung ausreicht. Die Menge der zu erzeugenden elektrischen Energie hängt einerseits von der Temperatur der Druckluft im Druckluftrohr und andererseits von der Kühlwirkung der Kühlplatten an der Oberseite des Seebeck-Elements ab.From the JP 01 295 684 A goes out such a pneumatic device. In the apparatus, a Seebeck element is disposed on a pneumatic tube having a branch to a pressure gauge. The pressure gauge is supplied with electrical energy by the Seebeck element. The Seebeck element is heated by the compressed air on its side arranged on the pneumatic tube. On the other side of the Seebeck element, which faces away from the pneumatic tube, there are metallic cooling plates, so that a temperature difference is created in the Seebeck element which is sufficient for energy generation. The amount of electrical energy to be generated depends on the one hand on the temperature of the compressed air in the compressed air pipe and on the other hand on the cooling effect of the cooling plates on the top of the Seebeck element.

Aus der WO 01/18405 A1 ist es bekannt, Energie über eine pneumatische Leitung zu einer pneumatischen Vorrichtung, beispielsweise einem Ventil, einem Arbeitszylinder oder dergleichen, zu übertragen. Dazu werden beispielsweise Schallwellen, Mikrowellen, Druckänderungen oder eine Gasströmung verwendet.Out WO 01/18405 A1 it is known, energy via a pneumatic line to a pneumatic device, such as a valve, a Working cylinder or the like to transfer. These are for example Sound waves, microwaves, pressure changes or a gas flow used.

In der pneumatischen Vorrichtung wird die übertragene Energie in elektrische Energie umgesetzt, beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen Generators, der durch eine Mikroturbine angetrieben wird. Alternative durch die WO 01/18405 A1 vorgeschlagene elektrische Energiewandler beruhen beispielsweise auf kapazitiven, induktiven Verfahren oder Piezoeffekten. Teilweise können diese vorgenannten elektrischen Energiewandler jedoch empfindlich sein, beispielsweise mechanisch, thermisch oder dergleichen. Manche Bauelemente, beispielsweise eine Mikroturbine für ein elektro-dynamisches Energiewandlungsprinzip, sind aufwendig und teuer in der Herstellung.In the pneumatic device is the transmitted energy into electrical Energy implemented, for example by means of an electric generator, which is powered by a microturbine. Alternative through WO 01/18405 A1 proposed electrical energy converter based for example, on capacitive, inductive methods or piezoelectric effects. Partially can However, these aforementioned electrical energy converter sensitive be, for example, mechanical, thermal or the like. Some Components, for example a microturbine for an electro-dynamic energy conversion principle, are complex and expensive to manufacture.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Erzeugung elektrischer Energie anhand eines thermoelektrischen Halbleiterelements mittels Druckluft bereitzustellen.It Therefore, the object of the present invention, an improved Concept for the production of electrical energy by means of a thermoelectric To provide semiconductor element by means of compressed air.

Diese Aufgabe wird durch eine pneumatische Vorrichtung gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 23 gelöst.These Task is achieved by a pneumatic device according to the technical The teaching of claim 1 and a method according to the technical teaching of Claim 23 solved.

Die pneumatische Vorrichtung ist vorteilhafterweise ein Bestandteil einer fluidtechnischen, insbesondere pneumatischen, Einrichtung, beispielsweise eines pneumatischen Arbeitsgerätes, einer Ventilanordnung, eines Wartungsgerätes oder dergleichen. Die pneumatische Vorrichtung stellt sozusagen dezentral für die fluidtechnische Einrichtung elektrische Energie bereit, wobei separate elektrische Leitungen nicht zu der fluidtechnischen Einrichtung geführt werden müssen.The pneumatic device is advantageously an integral part a fluidic, in particular pneumatic, device, For example, a pneumatic working device, a valve assembly, a maintenance device or similar. The pneumatic device represents, so to speak decentralized for the fluidic device electrical energy ready, wherein separate electrical lines not to the fluidic device guided Need to become.

Die Temperaturdifferenzerzeugungsmittel enthalten ein pneumatisches Bauteil, das durch Druckluftschwingungen Wärme erzeugt, mit der das mindestens eine thermoelektrische Halblei terelement erwärmbar ist. Das Halbleiterelement, beispielsweise ein sogenanntes Peltier-Element, ist robust und kann auch mit hohen Temperaturen beaufschlagt werden, beispielsweise mit Temperaturen von 250 bis 450°C. Auch das pneumatische Bauteil ist zweckmäßigerweise sehr robust, beispielsweise gegenüber Druckschwankungen, hohen Drücken oder Temperaturen oder dergleichen.The Temperature difference generating means include a pneumatic Component that generates heat by compressed air vibrations, with which the at least a thermoelectric semicon terelement is heated. The semiconductor element, For example, a so-called Peltier element is robust and can be subjected to high temperatures, for example with temperatures of 250 to 450 ° C. The pneumatic component is expediently very robust, for example against pressure fluctuations, high pressure or Temperatures or the like.

Das pneumatische Bauteil kann beispielsweise auch anhand von Druckluft-Strömungen die Temperaturdifferenz erzeugen. Bei einem sehr einfachen Anwendungsfall könnte es sich bei dem pneumatischen Bauteil beispielsweise um eine Drossel handeln, die von durchströmender Druckluft erwärmt wird, um ein pneumatisch antreibbares, Reibungswärme erzeugendes Bauteil oder dergleichen.The pneumatic component, for example, based on compressed air flows, the temperature difference produce. In a very simple application, it could For example, if the pneumatic component is a throttle, that of flowing through Compressed air is heated, to a pneumatically driven, frictional heat generating component or like.

Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Temperaturdifferenzerzeugungsmittel ein Rohr, ein sogenanntes Hartmann-Sprenger-Rohr, enthalten, das auf einer Seite offen auf der entgegengesetzten Seite geschlossen ist. An der offenen Seite befindet sich eine Einströmöffnung, in die ein expandierender Luftstrahl eingeblasen wird. Zwischen einer Auslassöffnung für den Luftstrahl und einer Einströmöffnung an dem Rohr, in die der Luftstrahl eingeblasen wird, ist ein Abstand vorhanden. Im Innern des Rohres bildet sich eine schwingende Gassäule, sozusagen ein Luftkolben, der Reibungswärme erzeugt. Diese Reibungswärme dient zur Erwärmung des mindestens einen thermoelektrischen Halbleiterelements. Der Luftstrahl strömt zweckmäßigerweise etwa in Längserstreckungsrichtung des Rohres in die Einströmöffnung ein.Especially However, an embodiment of the invention is preferred in which the Temperature difference generating means a tube, a so-called Hartmann-Sprenger tube, included on one side open on the opposite side closed is. On the open side there is an inflow opening, in which an expanding air jet is blown. Between an outlet opening for the Air jet and an inlet opening the pipe into which the jet of air is blown in is a distance available. Inside the tube, a vibrating gas column forms, so to speak an air piston, the frictional heat generated. This frictional heat is used for heating the at least one thermoelectric semiconductor element. Of the Air jet flows expediently approximately in the longitudinal direction of the pipe in the inflow opening.

Besonders zweckmäßig ist es, das oder die thermoelektrischen Halbleiterelemente im Bereich des geschlossenen Endes des Rohres anzuordnen. Dort ist eine maximale Wärmeentwicklung durch die schwingende Luftsäule vorhanden. Es versteht sich, dass auch am Umfang des Rohres eines oder mehrere thermoelektrische Halbleiterelemente angeordnet sein können.Especially is appropriate it, the one or more thermoelectric semiconductor elements in the region of to arrange closed end of the pipe. There is a maximum heat generation through the swinging column of air available. It is understood that also on the circumference of the tube one or a plurality of thermoelectric semiconductor elements may be arranged can.

Zur Erzeugung des expandierenden Luftstrahls ist zweckmäßigerweise eine Düse vorgesehen. Die Düse beschleunigt einen Druckluft-Strom zweckmäßigerweise auf Überschallgeschwindigkeit. Die in die Düse einströmende Druckluft hat beispielsweise noch keine Schallgeschwindigkeit.to Generation of the expanding air jet is expediently a nozzle intended. The nozzle expediently accelerates a stream of compressed air to supersonic speed. The in the nozzle incoming For example, compressed air still has no speed of sound.

Zur Veränderung der Temperatur an dem mindestens einen thermoelektrischen Halbleiterelement können mehrere, auch miteinander kombinierbare Maßnahmen vorgesehen sein:
Beispielsweise kann eine Ausströmöffnung der Düse einen einstellbaren Querschnitt haben.For changing the temperature at the at least one thermoelectric semiconductor element, a plurality of measures which can also be combined with one another can be provided:
For example, an outflow opening of the nozzle can have an adjustable cross section.

Ein Abstand zwischen der Düse und der Einströmöffnung des Rohres ist zweckmäßigerweise einstellbar.One Distance between the nozzle and the inflow opening of the Pipe is suitably adjustable.

An dem Rohr kann eine Ausströmöffnung vorhanden sein, um an der Einströmöffnung einströmende Druckluft aus dem Rohr abzuführen. Der Ausströmöffnung ist zweckmäßigerweise eine Ventilanordnung zugeordnet, um die ausströmende Druckluft-Menge zu beeinflussen. Die Ventilanordnung enthält beispielsweise ein Schaltventil und/oder eine zweckmäßigerweise einstellbare Drossel.At The tube may have an outflow opening be to inflow at the inlet opening compressed air remove from the tube. The discharge opening is expediently associated with a valve arrangement to influence the outflowing compressed air quantity. The valve assembly contains For example, a switching valve and / or expediently adjustable throttle.

Der an einem Drucklufteinlass der Vorrichtung anstehende Druckluftversorgungsdruck ist vorzugsweise einstellbar. Dadurch ist eine Druckdifferenz zwischen dem Druckluft-Einlass der Vorrichtung und einem Druckluft-Auslass der Vorrichtung, an dem Druckluft aus der Vorrichtung ausströmen kann, einstellbar. Am Druckluft-Auslass liegt beispielsweise atmosphärischer Druck an. Bei einer Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass von etwa 1:16, ist beispielsweise eine etwa 2,7 bis 2,9-fach höhere Temperatur am hinteren, geschlossenen Teil des Rohres erzielbar als in der Umgebung der pneumatischen Vorrichtung. Aber auch bei geringeren Druck-Differenzen, beispielsweise von 3:1, ist eine zum Betrieb des thermoelektrischen Halbleiterelements erforderliche Temperaturspannung erzielbar.Of the at a compressed air inlet of the device pending compressed air supply pressure is preferably adjustable. This creates a pressure difference between the compressed air inlet of the device and a compressed air outlet the device on which compressed air can flow out of the device, adjustable. For example, at the compressed air outlet is more atmospheric Pressure on. At a pressure difference between inlet and outlet of about 1:16, for example, is about 2.7 to 2.9 times higher in temperature achievable at the rear, closed part of the pipe than in the Environment of the pneumatic device. But even at lower Pressure differences, for example, of 3: 1, one is for operation of the thermoelectric Semiconductor element required temperature voltage achievable.

Es ist besonders zweckmäßig, dass die Temperaturdifferenzerzeugungsmittel zur Erzeugung einer möglichst großen Temperaturdifferenz an dem mindestens einen thermoelektrischen Halbleiterelement ausgestaltet sind. Dadurch wird die Temperaturdifferenz oder Temperaturspannung zwischen einer durch die Temperaturdifferenzerzeugungsmittel erwärmten Seite des mindestens einen Halbleiterelements und einer gekühlten Seite besonders groß, sodass eine verhältnismäßig große elektrische Leistung und ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Zu diesem Zweck enthalten die Temperaturdifferenzerzeugungsmittel zweckmäßigerweise eine Kanalanordnung, die Kühlluft an eine zu kühlende Seite des oder der Halbleiterelement(e) führen. Die Kanalanordnung, die einen oder mehrere Kanäle enthält, führt die Kühlluft beispielsweise an dem vorgenannten Rohr bzw. Resonanzrohr vorbei zu dem jeweiligen Halbleiterelement. Die Kühlluft kann beispielsweise von einem Druckluftstrom zur Versorgung der pneumatischen Vorrichtung mit Druckluft abgezweigt sein. Besonders bevorzugt ist es aber, dass die Kühlluft aus der Einströmöffnung des Rohres ausströmende bzw. an der Einströmöffnung vorbeiströmende Luft enthält oder durch diese Luft vollständig gebildet ist.It is particularly appropriate that the temperature difference generating means for generating a possible huge Temperature difference at the at least one thermoelectric semiconductor element are designed. This will cause the temperature difference or temperature voltage between a side heated by the temperature difference generating means the at least one semiconductor element and a cooled side extraordinary big, so that a relatively large electrical Performance and high efficiency is achievable. To this end contain the temperature difference generating means expediently a channel arrangement, the cooling air to a to be cooled Side of the or the semiconductor element (s) lead. The channel arrangement, the one or more channels contains, the leads cooling air for example, past the aforementioned tube or resonance tube to the respective semiconductor element. The cooling air can, for example from a compressed air flow for supplying the pneumatic device be branched off with compressed air. However, it is particularly preferred that the cooling air from the inflow opening of the Pipe outflowing or air flowing past the inflow opening contains or through this air completely is formed.

Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften des Rohres sind die folgenden Maßnahmen zweckmäßig: Das Rohr ist vorzugsweise im Wesentlichen aus Metall oder einem sonstigen thermisch leitfähigen Material, um die durch die Druckluft erzeugte Wärme in Richtung des mindestens einen thermoelektrischen Halbleiterelements zu leiten. Das Rohr ist außenseitig ganz oder teilweise thermisch isoliert, sodass die Wärme nicht in Umgebung abgegeben, sondern zum Halbleiterelement geführt wird. Die thermische Isolation ist besonders im Bereich der Einströmöffnung, d.h. im vom geschlossenen Ende des Rohres abgewandten Bereich des Rohres, vorteilhaft.to Improvement of the thermal properties of the tube are the following Action appropriate: The Tube is preferably essentially made of metal or another thermally conductive material, around the heat generated by the compressed air in the direction of at least to conduct a thermoelectric semiconductor element. The pipe is outside completely or partially thermally insulated, so that the heat is not delivered in environment, but is guided to the semiconductor element. The thermal insulation is especially in the area of the inlet opening, i.e. in the remote from the closed end of the tube area of the Pipe, advantageous.

Im Bereich des Druckluft-Auslasses der Vorrichtung ist zweckmäßigerweise ein Schalldämpfer angeordnet. Der Schalldämpfer kann beispielsweise durch einen porösen Einsatz gebildet sein, der von der ausströmenden Druckluft durchströmt wird.in the Area of the compressed air outlet of the device is expediently a silencer arranged. The silencer may be formed by a porous insert, for example, the one from the outflowing Compressed air flows through becomes.

Zur Strom- und/oder Spannungswandlung der elektrischen Energie, die das mindestens eine thermoelektrischen Halbleiterelement bereitstellt, sind elektrische Strom- und/oder Spannungswandler zweckmäßig, beispielsweise AC-DC-Wandler und/oder DC-DC-Wandler.to Electricity and / or voltage conversion of electrical energy, the which provides at least one thermoelectric semiconductor element electrical current and / or voltage converter appropriate, for example AC-DC converter and / or DC-DC converter.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt:
eine schematisch Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen pneumatischen Vorrichtung.Hereinafter, an embodiment of the invention will be explained with reference to the drawing. The only figure shows:
a schematic cross-sectional view of a pneumatic device according to the invention.

Eine pneumatische Vorrichtung 10 mit einem beispielsweise zylindrischen Gehäuse 11 ist zur Erzeugung elektrischer Energie anhand von Druckluft 12 ausgestaltet, die eine Druckluftquelle 13 bereitstellt. Temperaturdifferenzerzeugungsmittel 14 erzeugen eine Temperaturdifferenz an einem thermoelektrischen Halbleiterelement 15 anhand der Druckluft 12. Das Halbleiterelement 15 ist beispielsweise ein Peltier-Element, das ausgangsseitig eine Spannung UA bereitstellt, die ein elektrischer Wandler 16 beispielsweise zu einer Versorgungsspannung UV, zu einen gewünschten Strom oder dergleichen wandelt. Der elektrische Wandler 16 enthält beispielsweise einen Stromwandler und/oder einen Spannungswandler.A pneumatic device 10 with a cylindrical housing, for example 11 is for generating electrical energy using compressed air 12 designed, which is a compressed air source 13 ready provides. Temperature difference generating means 14 generate a temperature difference on a thermoelectric semiconductor element 15 based on the compressed air 12 , The semiconductor element 15 is, for example, a Peltier element, the output side provides a voltage UA, which is an electrical converter 16 for example, to a supply voltage UV, to a desired current or the like converts. The electrical converter 16 contains, for example, a current transformer and / or a voltage converter.

An den elektrischen Wandler 16 sind vorzugsweise Sensoren, Piezomodule, Mikroventile, Mikro-Arbeitsgeräte, eine Steuerung oder sonstige elektrische Komponenten eines pneumatischen Systems, vorzugsweise eines pneumatischen Mikro-Systems, angeschlossen. Diese elektrischen Komponenten werden dezentral durch die Vorrichtung 10 mit Energie versorgt, wobei keine elektrischen Versorgungsleitungen zu der Vorrichtung 10 geführt werden müssen. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise einen Bestandteil einer pneumatischen Vorrichtung bilden, z.B. eines Ventils oder Arbeitsgeräts.To the electrical converter 16 Preferably sensors, piezo modules, micro valves, micro-tools, a controller or other electrical components of a pneumatic system, preferably a pneumatic micro-system connected. These electrical components are decentralized by the device 10 energized, with no electrical supply lines to the device 10 must be led. The device 10 For example, it may form part of a pneumatic device, such as a valve or implement.

Zur Erzeugung von Wärme an dem Halbleiterelement 15 enthalten die Temperaturdifferenzerzeugungsmittel 14 ein pneumatisches Bauteil 17 in Gestalt eines Hartmann-Sprenger-Rohres 18. Eine Düse 19 erzeugt anhand der Druckluft 12, die aus der Druckluftquelle 13 über eine Ventilanordnung mit einem Schaltventil 20 in einen Druckluft-Einlass 21 der Vorrichtung einströmt, einen expandierenden Luftstrahl 22. Die Druckluft 12 weist am Einlass 21 üblicherweise noch keine Schallgeschwindigkeit auf. Die Düse 19 beschleunigt den Druckluftstrom 12, sodass der Luftstrahl 22 an einer Ausströmöffnung 23 der Düse 19 zweckmäßigerweise Überschallgeschwindigkeit hat.To generate heat on the semiconductor element 15 contain the temperature difference generating means 14 a pneumatic component 17 in the form of a Hartmann sprinkler tube 18 , A nozzle 19 generated by the compressed air 12 coming from the compressed air source 13 via a valve arrangement with a switching valve 20 in a compressed air inlet 21 the device flows in, an expanding air jet 22 , The compressed air 12 indicates at the inlet 21 usually no sound velocity. The nozzle 19 accelerates the compressed air flow 12 so the air jet 22 at an outflow opening 23 the nozzle 19 has supersonic speed expediently.

Der Luftstrahl 22 strömt aus der Ausströmöffnung 23 aus und in eine Einströmöffnung 24 am vorliegend oberen Ende des Rohres 18 ein. An seinem der Einströmöffnung entgegengesetzten Ende 25 ist das Rohr 18 geschlossen. Im Innenraum 26 bildet sich daher ein zwischen der Einströmöffnung 24 und dem geschlossenen Ende 25 hin und her schwingender Luftkolben bzw. eine schwingende Luftsäule 27, die Reibungswärme in dem Rohr 18, insbesondere im Bereich des geschlossenen Endes 25, erzeugt. Die Luftsäule 27 schwingt zweckmäßigerweise in einer Resonanzfrequenz, die man z.B. als Quotient zwischen der mittleren Geschwindigkeit der Luftsäule 27 und der vierfachen Länge des Rohres 18 berechnen kann. Die Luftströmungen in der Vorrichtung 10 sind in der Zeichnung durch Pfeile schematisch angedeutet. Man kann das Rohr 18 auch als ein Stossrohr be zeichnen, weil die Luftsäule bzw. der Luftkolben 27 stoßartige Bewegungen durchführen.The air jet 22 flows out of the discharge opening 23 out and into an inlet opening 24 at the present upper end of the tube 18 one. At its end opposite the inlet opening 25 is the pipe 18 closed. In the interior 26 Therefore, a forms between the inflow opening 24 and the closed end 25 oscillating air piston and a swinging air column 27 , the frictional heat in the pipe 18 , in particular in the region of the closed end 25 , generated. The air column 27 expediently oscillates in a resonant frequency, for example, as a quotient between the average velocity of the air column 27 and four times the length of the tube 18 can calculate. The air currents in the device 10 are schematically indicated in the drawing by arrows. You can do the pipe 18 also be as a shock tube be because the air column or the air piston 27 perform jerky movements.

Am in der Zeichnung unteren, geschlossenen Ende 25 des Rohres 18 ist das thermoelektrische Halbleiterelement 15 angeordnet. Dort ist das Rohr 18 besonders warm. Das Rohr 18 besteht zweckmäßigerweise aus Metall, sodass auch Wärme, die an seinem Außenumfang gebildet wird, in Richtung des geschlossenen Endes 10 und somit in Richtung des thermoelektrischen Halbleiterelements 15 geleitet wird. Eine thermische Isolation 28 ummantelt das Rohr 18 am Außenumfang und/oder stirnseitig, sodass der Wärmeübertritt vom Rohr 18 am Außenumfang in die Umgebung vermindert ist. Dadurch wird mehr Wärme in Richtung des thermoelektrischen Halbleiterelements 15 geleitet.At the bottom in the drawing, closed end 25 of the pipe 18 is the thermoelectric semiconductor element 15 arranged. There is the pipe 18 especially warm. The pipe 18 is suitably made of metal, so that also heat which is formed on its outer periphery, in the direction of the closed end 10 and thus in the direction of the thermoelectric semiconductor element 15 is directed. A thermal insulation 28 encases the pipe 18 on the outer circumference and / or on the front, so that the heat transfer from the pipe 18 is reduced at the outer periphery in the environment. This causes more heat in the direction of the thermoelectric semiconductor element 15 directed.

Bei dem thermoelektrischen Halbleiterelement 15 ist eine möglichst große Temperaturdifferenz oder Temperaturspannung 29 zweckmäßig. Auf der dem Rohr 18 zugewandten Seite 41 wird das Halbleiterelement 15 sozusagen geheizt. An der entgegengesetzten, von der dem Rohr 18 entfernten Seite 31 ist eine Kühlung des Halbleiterelements 15 vorteilhaft. Die zu kühlende und die zu erwärmende Seite 31, 41 des Halbleiterelements 15 sind beispielsweise n-leitend und p-leitend. Diese beiden Schichten sind beispielsweise über elektrische Leitungen 30, die aus dem Gehäuse 11 herausgeführt sind, mit dem Wandler 16 verbunden.In the thermoelectric semiconductor element 15 is the largest possible temperature difference or temperature voltage 29 appropriate. On the pipe 18 facing side 41 becomes the semiconductor element 15 heated, so to speak. At the opposite, from the pipe 18 distant side 31 is a cooling of the semiconductor element 15 advantageous. The side to be cooled and the side to be heated 31 . 41 of the semiconductor element 15 For example, they are n-type and p-type. These two layers are for example via electrical lines 30 coming out of the case 11 are led out, with the converter 16 connected.

Die Temperaturdifferenz zwischen der warmen und der kalten Seite 41, 31 des Halbleiterelements 15 beträgt beispielsweise 100 bis 450°C.The temperature difference between the warm and the cold side 41 . 31 of the semiconductor element 15 is for example 100 to 450 ° C.

Die zu erwärmende Seite 41 des Halbleiterelements 15, sozusagen die "warme Seite", ist möglichst flächig mit der Stirnseite des Rohres 18 am Ende 25 verbunden, beispielsweise durch Kleben oder dergleichen. Das Halbleiterelement 15 ist zweckmäßigerweise mit dem Rohr 18 verpresst.The side to be heated 41 of the semiconductor element 15 , so to speak, the "warm side" is as flat as possible with the end face of the tube 18 at the end 25 connected, for example by gluing or the like. The semiconductor element 15 is expediently with the pipe 18 pressed.

Die zu kühlende, sozusagen "kühle, Seite" 31 des Halbleiterelements 15 wird durch Kühlluft 32 gekühlt. Die Kühlluft 32 wird von Luft gebildet, die aus der Einströmöffnung 24 herausströmt, und/oder von Luft, die aus der Düse 19 heraus und nicht in die Einströmöffnung 24 hineinströmt, sondern seitlich vorbeiströmt. Diese Kühlluft 32 kann über eine Kanalanordnung 33, die beispielsweise einen Ringkanal enthält, vom Bereich der Einströmöffnung 24 nach radial außen und dann am Außenumfang des Rohres 18 bzw. der Isolation 28 entlang, d.h. in Längserstreckungsrichtung des Rohres 18, zu einem Ausströmraum 34 in einem Schalldämpfermodul 35 der Vorrichtung 10 strömen. Die zu kühlende Seite 31 des Halbleiterelements 15 steht vor das Rohr 18 in Richtung des Ausströmraumes 34 vor, sodass sie dort von der Kühlluft 32 gekühlt wird.The cool, so to speak, "cool, side" 31 of the semiconductor element 15 is due to cooling air 32 cooled. The cooling air 32 is formed by air coming out of the inflow opening 24 outflows, and / or from air coming out of the nozzle 19 out and not into the inlet 24 flows in, but flows past the side. This cooling air 32 can be via a channel arrangement 33 , which contains, for example, a ring channel, from the region of the inflow opening 24 radially outward and then on the outer circumference of the tube 18 or the insulation 28 along, ie in the longitudinal direction of the tube 18 , to a discharge space 34 in a silencer module 35 the device 10 stream. The side to be cooled 31 of the semiconductor element 15 stands in front of the pipe 18 in the direction of the outflow space 34 before, so that they are there from the cooling air 32 is cooled.

Das Schalldämpfermodul 35 ist an der dem Druckluft-Einlass 21 entgegengesetzten Seite des Gehäuses 11 angeordnet. Das Schalldämpfermodul 35 ist beispielsweise in das Gehäuse 11 eingeschraubt, eingesteckt oder dergleichen. Das Rohr 18 bzw. die Isolation 28 sind an dem Schalldämpfermodul 35 angeordnet und werden von diesem gehalten, sodass das Schalldämpfermodul 35 ein Haltemittel für das Rohr 18 bildet.The silencer module 35 is at the compressed air inlet 21 opposite side of the housing 11 arranged. The silencer module 35 is for example in the housing 11 screwed in, plugged in or the like. The pipe 18 or the isolation 28 are on the muffler module 35 are arranged and held by this, so that the silencer module 35 a holding means for the pipe 18 forms.

Das Rohr 18 bzw. die Isolation 28 steht vor das Schalldämpfermodul 35 in der Zeichnung nach oben in einen Aufnahmeraum 36 vor, der zugleich den Ringkanal bzw. die Kühl-Kanalanordnung 33 bildet. Das Rohr 18 mit seinem Isolationsmantel 28 steht ganz oder im wesentlichen frei in dem Aufnahmeraum 36, sodass die Kühlluft 32 aus dem Bereich der Einströmöffnung 24 an der Außenwandung der Isolation 28 vorbei in Richtung des Schalldämpfermoduls 35, d.h. in den Ausströmraum 34 strömen kann. Neben der Isolation 28 bzw. neben dem Rohr 18 sind an dem Schalldämpfermodul 35 Verbindungskanäle 37 zwischen dem Aufnahmeraum 36 und dem Ausströmraum 34 vorhanden, durch die die Kühlluft 32 aus der Kühl-Kanalanordnung 33 bzw. dem Aufnahmeraum 36 in den Ausströmraum 34 strömen kann, wo sie die "kalte" Seite 31 des Halbleiterelements 15 kühlt.The pipe 18 or the isolation 28 stands in front of the silencer module 35 in the drawing upwards in a receiving space 36 before, at the same time the annular channel or the cooling channel arrangement 33 forms. The pipe 18 with his insulation jacket 28 is completely or essentially free in the recording room 36 so that the cooling air 32 from the region of the inflow opening 24 on the outer wall of the insulation 28 over in the direction of the silencer module 35 , ie in the outflow space 34 can flow. In addition to the isolation 28 or next to the pipe 18 are on the muffler module 35 connecting channels 37 between the recording room 36 and the outflow space 34 present, through which the cooling air 32 from the cooling channel arrangement 33 or the recording room 36 in the outflow space 34 can flow where they are the "cold" side 31 of the semiconductor element 15 cools.

Die Kühlluft 32 strömt an einem Druckluft-Auslass 38 aus der Vorrichtung 10 bzw. dem Schalldämpfermodul 35 aus. Der Aus lass 38 ist an dem dem Einlass 21 entgegengesetzten Ende der Vorrichtung 10 angeordnet. Der Auslass 38 wird beispielsweise durch eine Öffnung an dem Schalldämpfermodul 35 gebildet, in der sich ein Schalldämpferelement 39, beispielsweise ein poröser Filtereinsatz, befindet. Dadurch werden die akustischen Eigenschaften der Vorrichtung 10 verbessert.The cooling air 32 flows at a compressed air outlet 38 from the device 10 or the silencer module 35 out. The let out 38 is at the inlet 21 opposite end of the device 10 arranged. The outlet 38 is for example through an opening on the muffler module 35 formed, in which a silencer element 39 , For example, a porous filter cartridge is located. This will improve the acoustic properties of the device 10 improved.

Die Druckverhältnisse in dem Innenraum 26 und somit die Temperatur an dem Halbleiterelement 15 ist zweckmäßigerweise mittels einer Ventilanordnung 40 einstellbar. Die Ventilanordnung 40 enthält beispielsweise eine einstellbare Drossel, die über einen Kanal 42 mit dem Innenraum 26 des Rohres 18 verbunden ist. Aus einer Ausströmöffnung 43 im Bereich des unteren Endes 25 des Innenraums 26 kann Luft in den Kanal 42 eintrömen. Der Kanal 42 ist durch die Ventilanordnung 40 zweckmäßigerweise verschließbar.The pressure conditions in the interior 26 and thus the temperature at the semiconductor element 15 is suitably by means of a valve arrangement 40 adjustable. The valve arrangement 40 contains, for example, an adjustable throttle, which has a channel 42 with the interior 26 of the pipe 18 connected is. From an outflow opening 43 in the area of the lower end 25 of the interior 26 can air in the channel 42 eintrömen. The channel 42 is through the valve assembly 40 suitably closed.

Der Querschnitt der Ausströmöffnung 23 und/oder der Abstand zwischen der Ausströmöffnung 23, der Düse 19 und der Einströmöffnung 24 des Rohres 18 sind vorteilhafterweise einstellbar, beispielsweise mittels Justierschrauben oder dergleichen.The cross section of the discharge opening 23 and / or the distance between the discharge opening 23 , the nozzle 19 and the inflow opening 24 of the pipe 18 are advantageously adjustable, for example by means of adjusting screws or the like.

Ein Betrieb des Rohres 18 mit einem Druckluft-Strom, der keine Überschallgeschwindigkeit aufweist, ist möglich.An operation of the pipe 18 with a compressed air flow that has no supersonic speed is possible.

Claims

Pneumatic device for generating electrical energy, comprising at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) for generating electrical energy based on a temperature difference ( 29 ) and with pneumatic temperature difference generation means ( 14 ) for generating the temperature difference ( 29 ) using compressed air ( 12 ), characterized in that the temperature difference generating means ( 14 ) at least one pneumatic component ( 17 ), in which by compressed air oscillations heat for heating the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) is producible.

Pneumatic device according to claim 1, characterized in that the temperature difference generating means ( 14 ) at least one pneumatic component ( 17 ) in which by compressed air flows heat for heating the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) is producible.

Pneumatic device according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature difference generating means ( 14 ) a pipe ( 18 ) with an inflow opening ( 24 ) into which an expanding jet of air ( 22 ), wherein the pipe ( 18 ) at its from the inlet ( 24 ) far end ( 25 ) is closed, so that in the pipe ( 18 ) by the air jet ( 22 ) a vibrating, frictional heat generating air piston ( 27 ) arises.

Pneumatic device according to claim 3, characterized in that the air jet ( 22 ) approximately in the longitudinal direction of the tube ( 18 ) aligned in the inflow opening ( 24 ) flows in.

Pneumatic device according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) on the pipe ( 18 ), in particular in the area of the closed end ( 25 ) of the pipe ( 18 ) is arranged.

Pneumatic device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the tube ( 18 ) an outflow opening ( 43 ) to at the inlet opening ( 24 ) incoming compressed air ( 12 ) out of the pipe ( 18 ) dissipate.

Pneumatic device according to claim 6, characterized in that the outflow opening ( 43 ) a valve arrangement ( 40 ) for influencing the outflow opening ( 43 ) is assigned to the outflowing compressed air quantity.

Pneumatic device after one of the Proverbs 3 to 7, characterized in that the tube ( 18 ) is at least partially made of metal.

Pneumatic device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the tube ( 18 ) outside at least partially a thermal insulation ( 28 ) having.

Pneumatic device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature difference generating means comprises a nozzle ( 19 ) for generating an expanding air jet ( 22 ) exhibit.

Pneumatic device according to claim 10, characterized in that the nozzle ( 19 ) accelerates a compressed air flow to supersonic speed.

Pneumatic device according to claim 10 or 11, characterized in that an outflow opening ( 23 ) of the nozzle ( 19 ) has an adjustable cross-section.

Pneumatic device according to one of claims 10 to 12, characterized in that a distance between the nozzle ( 19 ) and the inflow opening ( 24 ) of the pipe ( 18 ) is adjustable.

Pneumatic device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature difference generating means comprise a channel arrangement ( 33 ) for guiding cooling air to a side to be cooled of the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) exhibit.

Pneumatic device according to claim 14, characterized in that the channel arrangement ( 33 ) the cooling air on the pipe ( 18 ) to the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) leads.

Pneumatic device according to claim 14 or 15, characterized in that the cooling air from the inflow opening ( 24 ) of the pipe ( 18 ) and / or at the inlet opening ( 24 ) contains or is formed by flowing air.

Pneumatic device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the tube ( 18 ) within the channel arrangement ( 33 ) is arranged.

Pneumatic device according to one of the preceding claims, characterized in that between a compressed air inlet ( 21 ) of the device for compressed air supply and a compressed air outlet ( 38 ) of the device ( 10 ) For compressed air discharge, a pressure difference in a ratio of at least one to three, preferably 1 to 16 set and / or is adjustable.

Pneumatic device according to one of the preceding claims, characterized in that at the compressed air outlet of the device a silencer ( 35 ) is arranged.

Pneumatic device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) contains a Peltier element.

Pneumatic device according to one of the preceding Claims, characterized in that it comprises at least one electric power and / or Voltage converter contains.

Pneumatic device according to one of the preceding Claims, characterized in that a component of a fluid power device, in particular a pneumatic working device or a valve arrangement, forms.

Method for generating electrical energy using compressed air ( 12 ), with the steps: - Generation of a temperature difference ( 29 ) using compressed air ( 12 ) by means of temperature difference generation means, and - generation of electrical energy by means of the temperature difference ( 29 ) with at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ), characterized in that the temperature difference generating means ( 14 ) based on at least one pneumatic component ( 17 ) Heat for heating the at least one thermoelectric semiconductor element ( 15 ) by compressed air vibrations.