DE1165114B

DE1165114B - Thermoelectric arrangement

Info

Publication number: DE1165114B
Application number: DES83085A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Hans Voigt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-12-28
Filing date: 1962-12-28
Publication date: 1964-03-12

Description

Thermoelektrische Anordnung Thennoclektrische Anordnungen werden unter Ausnutzung des Seebeck-Effektes oder des Peltiereffektes angewandt. Der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung hängt von der Thermokraft a, der elektrischen Leitfähigkeit a und der thermischen Leitfähigkeit k der verwendeten therrnoelektrischen Materialien ab. Die thermoelektrische Effektivität ist ein Maß für die Qualität eines Stoffes. Bei vorgegebener Effektivität der verwendeten Stoffe und bei vorgegebenen Arbeitstemperaturen einer thermoelektrischen Anordnung lassen sich durch konstruktive Maßnahmen bestimmte Höchstwerte des Wirkungsgrades zunächst nicht überschreiten. Gehlhoff, Justi und Kohler haben gezeigt (Abh. d. Braunschw. Wiss. Ges., [1950], S. 149), daß auch z. B. veränderliche Querschnitte der Thermoelementschenkel keine Verbesserung bringen. Lediglich dadurch, daß zwei oder mehrere Thermoelemente thermisch hintereinandergeschalteet werden, lassen sich bis zu gewissen Grenzwerten höhere Leistungsziffern erreichen (Altenkirch Phys. Zs., 12 [1911], S. 920). Wegen der konstruktiven Schwierigkeiten - guter Wärmekontakt aufeinanderfolgender Stufen trotz elektrischer Isolation, Übergangswiderstände - sind bisher nur wenige Ausführungen bekanntgeworden.Thermoelectric arrangement Thennoclectric arrangements are applied using the Seebeck effect or the Peltier effect. The efficiency of such an arrangement depends on the thermal force a, the electrical conductivity a and the thermal conductivity k of the thermoelectric materials used. The thermoelectric effectiveness is a measure of the quality of a substance. Given the given effectiveness of the materials used and given working temperatures of a thermoelectric arrangement, certain maximum values of the degree of efficiency cannot initially be exceeded by constructive measures. Gehlhoff, Justi and Kohler have shown (Abh. D. Braunschw. Wiss. Ges., [1950], p. 149) that z. B. changing cross-sections of the thermocouple legs bring no improvement. Only by thermocoupling two or more thermocouples one behind the other can higher performance figures be achieved up to certain limit values (Altenkirch Phys. Zs., 12 [1911], p. 920). Because of the constructional difficulties - good thermal contact of successive stages despite electrical insulation, contact resistances - only a few designs have become known so far.

Die Erfindung bezieht sich auf eine therrnoelektrische Anordnung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schenkel verschiedener in der Anordnung vorhandener Thennoclemente und verschiedener Thermokraft an mindestens einer Stelle längs der Schenkel elektrisch gut leitend verbunden sind.The invention relates to a therrnoelectric arrangement. It is characterized in that at least two legs are different in the Arrangement of existing Thennoclemente and different thermal power at least are connected to a point along the legs with good electrical conductivity.

Die Erfindung zeigt einen Weg, wie durch konstruktive Maßnahmen die Leistung, die Leistungsziffer (Wirkungsgrad) und die Leistungsdichte, das ist die auf das Materialvolumen bezogene Leistung, vergrößert werden kann. Die Anwendung der Erfindung ist grundsätzlich nicht an bestimmte thennoclektrische Materialien gebunden. Auch bei geringen Effektivitäten werden diese Größen verbessert.The invention shows a way how the Power, the coefficient of performance (efficiency) and the power density, that's that performance related to the material volume, can be increased. The application The invention is fundamentally not related to certain therapeutic materials bound. Even if the effectiveness is low, these parameters are improved.

Läßt man eine thermoelektrische Anordnung zwischen zwei festen Temperaturen (Wärinereservoirs) arbeiten, so bleibt der Wirkungsgrad unter dem Wert, den ein Camot-Prozeß zwischen diesen Temperaturen erzielen würde. Die Ursache hierfür sind irreversible Begleitprozesse, nämlich die Wärmeleitung durch die Schenkel und die Erzeugung Joule'scher Wärme in den Schenkeln. Das Verhältnis dieser unerwünschten Effekte zum erwünschten Effekt läßt sich durch die Lehre der Erfindung verringern, wenn einemIhennoelementschenkel an Stellen, die sich auf Zwischentemperaturen (zwischen den Arbeitstemperaturen) befinden, Wärme und elektrischer Strom zugeführt oder entzogen wird.Leaving a thermoelectric arrangement between two fixed temperatures (Heat reservoirs) work, the efficiency remains below the value that a Camot process would achieve between these temperatures. The cause for this are irreversible accompanying processes, namely the conduction of heat through the legs and the Generation of Joule heat in the thighs. The ratio of these undesirable Effects to the desired effect can be reduced by the teaching of the invention, if one of your probe legs is in places that are at intermediate temperatures (between the working temperatures), heat and electricity are supplied or withdrawn will.

Damit das System aber weiterhin Wärme nur mit zwei Reservoirs austauscht und außerdem Stromquellen oder Verbraucher nicht bei Zwischentemperaturen vorhanden sein müssen, werden die gewünschten Wärmetönungen auf thermoelektrischem Weg mit lElfe des zu- oder abgeführten elektrischen Stromes dadurch erzeugt, daß das Thermoelement an der gewünschten Stelle des Schenkels elektrisch gut leitend mit einer entsprechenden Stelle eines anderen Thermoelements verbunden wird. Das zweite Thermoelement wird so bemessen und die Anschlußstelle so gewählt, daß der dem ersten Thermoelement zu-oder abgeführte Strom, der dem zweiten durch die geschaffene Verbindung ab- bzw. zugeführt wird, für das zweite eine gleiche oder ähnliche Verbesserung bewirkt wie für das erste Thermoelement. Sind die Eigenschaften der verwendeten thermoelektrischen Materialien bekannt, so lassen sich die günstigsten Stellen für die zu schaffenden Verbindungen berechnen, andernfalls müssen sie experimentell ermittelt werden. Außer den von Fall zu Fall zu wählenden Bernessungen ist von grundsätzlicher Bedeutung, daß die erfindungsgemäß verbundenen Schenkel, die zu verschiedenen Thermoelementen gehören, auch verschiedene Thermokraft besitzen.So that the system continues to exchange heat with only two reservoirs and also power sources or consumers are not available at intermediate temperatures must be, the desired heat tones will be thermoelectric with Elfe of the supplied or discharged electric current generated by the fact that the thermocouple at the desired point of the leg with good electrical conductivity with a corresponding Position of another thermocouple. The second thermocouple will so dimensioned and the connection point chosen so that that of the first thermocouple current supplied or discharged, which is discharged or discharged to the second by the created connection. is supplied, causes the same or similar improvement for the second as for the first thermocouple. Are the properties of the used thermoelectric Materials known, so the most favorable places for the to be created Calculate connections, otherwise they must be determined experimentally. Except the measurements to be chosen on a case-by-case basis are of fundamental importance, that the legs connected according to the invention, which lead to different thermocouples also have different thermopower.

An Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der thermoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt sind, wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung mit zwei Thermoelementen, Fig. 2 eine thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung mit zwei Reihen von je zwei Thermoelernenten und einem Thermoelement, F i g. 3 eine thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung bei der der Querschnitt der Schenkel der Thermoelernente über ihre Länge verändert ist, Fig. 4 bis 6 eine thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung ohne Zwischenschalten besonderer Verbindungsstücke.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, in which some exemplary embodiments of the thermoelectric arrangement according to the invention are shown. 1 shows a thermoelectric arrangement according to the invention with two thermocouples, FIG. 2 shows a thermoelectric arrangement according to the invention with two rows of two thermocouples each and one thermocouple, FIG. 3 shows a thermoelectric arrangement according to the invention in which the cross section of the legs of the thermal element is changed over their length, FIGS. 4 to 6 show a thermoelectric arrangement according to the invention without the interposition of special connecting pieces.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung gemäß der Erfindung, welche aus zwei Thermoelementen besteht. Das erste Thermoelement besteht aus den Schenkeln 11 und 12 mit verschiedener Thermokraft, die durch das gut leitende Verbindungsstück 13 miteinander verbunden sind. Das zweite Thermoelement besteht aus den Schenkeln 14 und 15 mit verschiedener Thennokraft, die durch das gut leitende Verbindungsstück 16 miteinander verbunden sind. Der Schenkel 12 des ersten Thermoelementes ist mit dem Schenkel 14 des zweiten Thermoelementes durch das gut leitende Verbindungsstück 18 verbunden. Die Schenkel 12 und 14 haben verschiedene Thermokraft, es kann jedoch z. B. die Thermokraft von 12 gleich derjenigen von 15 sein und die Thermokraft von 14 gleich derjenigen von 11. An Stelle der Schenkel 12 und 14 können ebenso gut die beiden anderen Schenkel verschiedener Thermokraft 11 und 15 verbunden werden. Mit 17 sind Stromzu- bzw. -ableitungen gekennzeichnet.Fig. 1 shows schematically an embodiment of an arrangement according to the invention, which consists of two thermocouples. The first thermocouple consists of the legs 11 and 12 with different thermal forces, which are connected to one another by the highly conductive connector 13. The second thermocouple consists of the legs 14 and 15 with different thenno force, which are connected to one another by the highly conductive connector 16. The limb 12 of the first thermocouple is connected to the limb 14 of the second thermocouple by the highly conductive connecting piece 18 . The legs 12 and 14 have different thermal power, but it can, for. B. the thermopower of 12 is equal to that of 15 and the thermopower of 14 equal to that of 11. Instead of the legs 12 and 14, the other two legs of different thermopower 11 and 15 can just as well be connected. Current supply and discharge lines are marked with 17.

Durch die Verbindung zweier Schenkel verschiedener Thermoelemente und verschiedener Thermokraft können die Leistung, die Leistungsziffer, die Leistungsdichte und im Fall der thermoelektrischen Kühlung auch die maximal erzielbare Temperaturdifferenz einer thermoelektrischen Anordnung erhöht werden. Diese Erhöhung ist um so größer, je größer das Verhältnis der absoluten Temperaturen ist, zwischen denen die Anordnung arbeitet.By connecting two legs of different thermocouples and different thermal power, the power, the power factor, the power density and, in the case of thermoelectric cooling, also the maximum achievable temperature difference of a thermoelectric arrangement can be increased. This increase is all the greater, the greater the ratio of the absolute temperatures between which the arrangement operates.

Die Wirkung läßt sich steigern, wenn mehr als zwei Thermoelemente vorhanden sind und nahezu jeder Schenkel mit einem Schenkel anderer Thermokraft aus einem anderen zu der Anordnung gehörenden Thermoelernent verbunden wird. Aus Potentialgründen können dann im allgemeinen alle bis auf zwei Schenkel verbunden werden. An Stelle von Schenkeln einzelner Therrnoelemente lassen sich auch Schenkel verschiedener Reihen hintereinandergeschalteter Thermoelemente verbinden.The effect can be increased if more than two thermocouples are present and almost every limb with a limb with a different thermal force from another thermal element belonging to the arrangement is connected. the end Potential reasons can then generally all but two legs connected will. Instead of legs of individual thermal elements, legs can also be used Connect different rows of thermocouples connected in series.

Eine weitere Steigerung der Wirkung läßt sich erzielen, wenn Schenkel nicht nur mit einem, sondern mit mehreren anderen Schenkeln verbunden werden. Für eine solche Anordnung sind z. B. n-Therrnoelementreihen, bestehend aus jeweils einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Thermoelementen, vorgesehen. Mindestens ein Schenkel einer Thermoelementreihe ist mit (n- 1) Schenkeln anderer Thermokraft aus (n- 1) anderen Thermoelementreihen an Stellen längs der Schenkel elektrisch gut leitend verbunden. Mit n ist eine ganze Zahl bezeichnet, die größer oder gleich Zwei ist.A further increase in the effect can be achieved if legs are connected not only to one, but to several other legs. For such an arrangement z. B. n-Therrnoelementreihen, each consisting of one or more thermocouples connected in series, are provided. At least one limb of a row of thermocouples is connected to (n- 1) limbs of other thermoelectric power from (n- 1) other rows of thermocouples with good electrical conductivity at points along the limbs. N denotes an integer that is greater than or equal to two.

Weiterhin kann die thermoelektrische Anordnung gemäß der Erfindung so ausgebildet sein, daß mindestens an einem Schenkel als Hauptschenkel an mindestens einer Stelle längs des Schenkels mindestens ein Schenkel als Nebenschenkel mit vom Hauptschenkel verschiedener Thermokraft elektrisch gut leitend angeordnet ist. Weiterhin kann mindestens ein Nebenschenkel seinerseits wie ein Hauptschenkel wiederum mit mindestens einem Nebenschenkel versehen sein. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann weiterhin so ausgebildet sein, daß Nebenschenkel verschiedener Schenkel (Haupt- oder Nebenschenkel) und verschiedener Thermokraft miteinander verbunden sind oder daß alle Nebenschenkel mit anderen Schenkeln (Haupt- oder Nebenschenkel) zusammengeschaltet sind. Die Länge der Nebenschenkel wird vorteilhafterweise so bemessen, daß sie angenähert gleich ist der Entfernung der Anschlußstelle von einem Ende des zugeordneten Schenkels.Furthermore, the thermoelectric arrangement according to the invention be designed so that at least on one leg as the main leg on at least at a point along the leg at least one leg as a secondary leg with from Main legs of different thermoelectric power is arranged to be electrically conductive. Farther can turn at least one secondary leg like a main leg be provided with at least one secondary leg. The arrangement according to the invention can also be designed so that the secondary legs of different legs (main or secondary leg) and different thermoelectric forces are connected to each other or that all secondary legs are interconnected with other legs (main or secondary leg) are. The length of the secondary legs is advantageously dimensioned so that they approximate the distance of the connection point from one end of the associated leg is the same.

Die Anordnung von Nebenschenkeln hat insofern eine besondere Bedeutung, als mit ihrer Hilfe Thermoelemente und/oder Reihen hintereinandergeschalteter Thermoelemente zu gemeinsamen Stromkreisen zusammengeschaltet werden können und für die gesamte Anordnung dann weniger, im günstigsten Fall nur noch ein einziger Verbraucher bzw. eine einzige Stromquelle erforderlich ist.The arrangement of the side legs has a special meaning, than with their help thermocouples and / or rows of thermocouples connected in series Can be interconnected to form common circuits and for the whole Arrangement then less, in the best case only a single consumer or a single power source is required.

In Fig. 2 ist das Schaltschema einer Anordnung dargestellt, welche die wichtigsten dieser Merkmale enthält. Sie besteht aus zwei Reihenschaltungen 1 und II von je zwei Thermoelernenten und einem Thermoelement 111. Die Reihenschaltung 1 besteht aus den beiden Thermoelementen mit den Schenkeln 21, 22 und 27, 28. Die Reihenschaltung 11 besteht aus den beiden Thermoelementen mit den Schenkeln 23, 24 und 29, 200. Das Thermoelement III besteht aus den Schenkeln 25 und 26. Alle Schenkel mit ungeraden Zahlen sollen z. B. negative, alle Schenkel mit geraden Zahlen positive Thermokraft besitzen. Alle Schenkel außer 21, 23 und 28, 200 sind mit je zwei Schenkeln anderer Thermokraft aus anderen Thermoelementen oder Reihen verbunden. Diese Verbindungsstellen sind durch Kreise markiert. Die Schenkel 21 und 200 sind nicht in dieser Weise mit anderen Schenkeln verbunden, sind aber an den durch Halbkreise markierten Stellen mit Nebenschenkeln 212, 214 und 211, 213 versehen. Die Schenkel 23 und 28 sind nur mit je einem Schenkel aus anderen Reihen, nämlich 22 und 29 verbunden (Kreise), außerdem aber noch mit den Nebenschenkeln 214 und 213 (durch Quadrate markiert). Mit Hilfe der Nebenschenkel sind außerdem die Reihen 1, 11 und das Thermoelement 111 zu einem einzigen Stromkreis zusammengeschaltet (durch Viertelkreise markiert), so daß nur ein einziger Verbraucher bzw. eine einzige Stromquelle nötig ist.In Fig. 2 the circuit diagram of an arrangement is shown which contains the most important of these features. It consists of two series connections 1 and II of two thermocouples each and one thermocouple 111. The series connection 1 consists of the two thermocouples with legs 21, 22 and 27, 28. The series connection 11 consists of the two thermocouples with legs 23, 24 and 29, 200. The thermocouple III consists of the legs 25 and 26. All legs with odd numbers should z. B. negative, all legs with even numbers have positive thermal power. All legs except 21, 23 and 28, 200 are each connected to two legs of different thermoelectric power from other thermocouples or rows. These connection points are marked by circles. The legs 21 and 200 are not connected to other legs in this way, but are provided with secondary legs 212, 214 and 211, 213 at the points marked by semicircles. The legs 23 and 28 are each connected to only one leg from other rows, namely 22 and 29 (circles), but also with the secondary legs 214 and 213 (marked by squares). With the help of the secondary legs, the rows 1, 11 and the thermocouple 111 are interconnected to form a single circuit (marked by quarter circles), so that only a single consumer or a single power source is required.

Die Form der Thermoelementschenkel kann in weiten Grenzen variiert werden. Durch die oben erwähnten Optimierungsbedingungen ist jeweils nur der elektrische Widerstand bzw. Wärmeleitwert der Schenkelstücke zwischen zwei Anschlußstellen festgelegt, es ist aber gleichgültig, durch welche geometrische Form diese Werte erreicht werden. Dadurch kann die Form der Schenkel leicht besonderen Anforderungen angepaßt werden. So kann es z. B. erwünscht sein, daß die Stromdichten beiderseits einer Verbindungsstelle in einem bestimmten Verhältnis stehen, z. B. einander gleich sind. Da aber in verschiedenen Teilen eines Schenkels gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Ströme fließen können, muß dann der Querschnitt längs des Schenkels variieren. Insbesondere kann sich der Querschnitt im Bereich solcher Verbindungsstellen ändern. Die F! g. 3 zeigt ein Beispiel für eine derartige Anordnung. Mit 31 bis 36 sind die einzelnen Schenkel dreier Thermoelemente bezeichnet. Die Schenkel 32, 33, 34 und 35 weisen eine Querschnittsveränderung auf. Die Querschnittsänderungen dieser Schenkel liegen im Bereich der Verbindungsstellen 37. The shape of the thermocouple legs can be varied within wide limits. The above-mentioned optimization conditions only define the electrical resistance or thermal conductivity of the leg pieces between two connection points, but it is irrelevant by which geometric shape these values are achieved. As a result, the shape of the legs can easily be adapted to special requirements. So it can be B. be desirable that the current densities on both sides of a connection point are in a certain ratio, z. B. are equal to each other. However, since different currents can flow in different parts of a limb according to the present invention, the cross section along the limb must then vary. In particular, the cross section can change in the area of such connection points. The F ! G. 3 shows an example of such an arrangement. With 31 to 36 , the individual legs of three thermocouples are designated. The legs 32, 33, 34 and 35 have a change in cross section. The changes in cross-section of these legs lie in the area of the connection points 37.

Da an den Verbindungsstellen keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht zu werden braucht, können diese Verbindungen auch ohne Zwischenschalten besonderer Verbindungsstücke, wie sie für die Verbindung von Thermoelementschenkeln üblich sind, hergestellt werden. Dies kann z. B. erwünscht sein, wenn die übergangswiderstände bzw. die auf Zwischentemperaturen befindlichen Wärmekapazitäten auf ein Mindestmaß beschränkt werden sollen. Durch geeignete Form und Anordnung der Schenkel lassen sich diese Verbindungsstücke vermeiden. In den F i g. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele derartiger Verbindungen zweier Schenkel schematisch dargestellt. Die Schenkel 41 und 42 sind durch ihre besondere Form an der Stelle 43, die Schenkel 51 und 52 sind an den Stellen der Querschnlittsveränderung 53 ohne Zwischenschalten von Verbindungsstücken miteinander verbunden.Since no heat needs to be exchanged with the environment at the connection points, these connections can also be made without the interposition of special connecting pieces, as are customary for connecting thermocouple legs. This can e.g. B. be desirable if the contact resistances or the heat capacities located at intermediate temperatures are to be limited to a minimum. These connecting pieces can be avoided by means of a suitable shape and arrangement of the legs. In the F i g. 4 and 5 , exemplary embodiments of such connections between two legs are shown schematically. Due to their special shape, the legs 41 and 42 are connected to one another at the point 43, the legs 51 and 52 are connected to one another at the points of the cross-sectional change 53 without the interposition of connecting pieces.

In Fig. 2 sind alle miteinander zu verbindenden Schenkel geneigt gegeneinander angeordnet und dadurch ohne Zwischenschalten von Verbindungsstücken miteinander verbunden.In Fig. 2, all legs to be connected to one another are inclined to one another arranged and thus without the interposition of connecting pieces with each other tied together.

In der F i g. 6 sind die Schenkel 61 und 62 geneigt zueinander angeordnet. An der Verbindungsstelle dieser beiden Schenkel, die durch die Fläche 63 bezeichnet ist, ist außerdem eine Querschnittsveränderung beider Schenkel vorgesehen. Diese Maßnahme bewirkt, daß die Verbindung ohne zusätzliche Verbindungselemente hergestellt ist.In FIG. 6 , the legs 61 and 62 are arranged inclined to one another. At the junction of these two legs, which is indicated by the surface 63 , a change in cross-section of both legs is also provided. This measure has the effect that the connection is established without additional connecting elements.

Die die Effektivität bestimmenden Materialeigenschaften, wie Thermokraft, elektrische und thermische Leitfähigkeit, hängen im allgemeinen von der Temperatur ab. So kann z. B. der Fall eintreten, daß ein thermoelektrisches Material A bei der niederen der Arbeitstemperaturen einer thermoelektrischen Anordnung eine höhere Effektivität besitzt als ein anderes Material B, während es bei der höheren Temperatur umgekehrt ist. So hat z. B. PbTe mit 0,3 Atomprozent Na bei 200' C eine höhere Effektivität als PbTe mit 1,0 Atomprozent Na z""#1,26.10-3 (Grad-') und Zi.o# 1,20.10 -3 (Grad-'), während bei 3001 C die zweite Substanz die höhere Effektivität besitzt z0,3 # 1, 10. 10 -3 (Grad -1) und zilo# 1,20.10 -3 (Grad -1). The material properties that determine the effectiveness, such as thermal power, electrical and thermal conductivity, generally depend on the temperature. So z. B. the case that a thermoelectric material A at the lower of the working temperatures of a thermoelectric arrangement has a higher effectiveness than another material B, while it is the other way around at the higher temperature. So has z. B. PbTe with 0.3 atomic percent Na at 200 'C a higher effectiveness as PbTe with 1.0 atomic percent Na z ""# 1,26.10-3 (degree') and # 1,20.10 -3 Zi.o (Grad - '), while at 3001 C the second substance has the higher effectiveness z0.3 # 1, 10. 10 -3 (degree -1) and zilo # 1.20.10 -3 (degree -1).

Die Gesamteffektivität kann dadurch erhöht werden, daß die auf niederen Temperaturen befindlichen Teile der Schenkel aus dem Material A, die auf höheren Temperaturen befindlichen Teile aus dem Material B hergestellt werden. Es ist auch mehrfache Unterteilung und gegebenenfalls kontinuierliche übergänge möglich. Besonders wenn A und B aus den gleichen Grundsubstanzen bestehen, können die Eigenschaften längs der Schenkel durch Unterschiede in der Zusammensetzung, Dotierung, Vorbehandlung od. ä. kontinuierlich so eingestellt werden, daß sich mit Rücksicht auf die beim Betrieb sich einstellende Temperaturverteilung an jeder Stelle Material optimaler Effektivität befindet.The overall effectiveness can be increased in that the parts of the legs which are at lower temperatures are made of material A and the parts which are at higher temperatures are made of material B. Multiple subdivisions and, if necessary, continuous transitions are also possible. Particularly when A and B consist of the same basic substances, the properties along the legs can be continuously adjusted through differences in composition, doping, pretreatment or the like so that material changes at every point with regard to the temperature distribution that occurs during operation optimal effectiveness.

Die Thermokraft, elektrische und thermische Leitfähigkeit lassen sich auch durch ein Magnetfeld beeMussen. So kann die gewünschte Anpassung dieser Materialeigenschaften an die Temperaturverteflung gegebenenfalls auch durch ein angelegtes konstantes oder veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Es kann notwendig sein, daß sich dessen Stärke und Richtung längs der Schenkel ändert. So hat z. B. ein Einkristall aus 88 Atomprozent Bi und 12 Atomprozent Sb parallel zur Hauptachse bei 100' K seine höchste Effektivität z = 8,6. 10 (Grad wenn er sich in einem Magnetfeld von 1000 Oersted parallel zu einer binären Achse befindet, während bei 220' K die höchste Effektivität z=5,9.10 -3 (Grad -1) in einem Magnetfeld vo n 17 000 Oersted der gleichen Richtung erreicht wird. Ein Schenkel aus diesem Material müßte also in ein dem Temperaturverlauf entsprechendes Magnetfeld gebracht werden.The thermal force, electrical and thermal conductivity can also be influenced by a magnetic field. The desired adaptation of these material properties to the temperature distribution can, if necessary, also be achieved by an applied constant or variable magnetic field. It may be necessary for its thickness and direction to change along the legs. So has z. B. a single crystal of 88 atomic percent Bi and 12 atomic percent Sb parallel to the main axis at 100 ' K its highest effectiveness z = 8.6. 10 (degrees if it is in a magnetic field of 1000 Oersted parallel to a binary axis, while at 220 'K the highest effectiveness z = 5.9.10 -3 (degree -1) in a magnetic field of 17,000 Oersted in the same direction A leg made from this material would therefore have to be brought into a magnetic field corresponding to the temperature profile.

Die durch die Anordnung gemäß der Erfindung erzielbaren Verbesserungen treten besonders hervor bei großen Temperaturdifferenzen. Im Falle der Kälteerzeugung sind sogar Temperaturdifferenzen möglich, die mit einem herkömmlichen Thermoelement nicht erreicht werden können. Bei großen Temperaturdifferenzen können sich aber die Materialeigenschaften stark ändern. Daher ist es bei Anordnungen gemäß der Erfindung besonders zweckmäßig, von den oben beschriebenen Möglichkeiten der Anpassung der Materialeigenschaften an die Temperaturverteilung Gebrauch zu machen.The improvements that can be achieved by the arrangement according to the invention occur particularly with large temperature differences. In the case of refrigeration Even temperature differences are possible that are possible with a conventional thermocouple cannot be reached. In the case of large temperature differences, however, the material properties change significantly. Hence it is with arrangements according to the invention particularly useful of the options described above for adapting the Material properties to make use of the temperature distribution.

Beispiel Es werden zwei Peltierelemente, das eine in herkönimlicher Ausführung, das andere in einer Ausführungsform nach der Erfindung, gegenübergestellt. In einem Peltierelement, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, bestehen die Schenkel der zwei Thermoelemente aus einer p-leitenden B4Te"-Sb.Te.-Legierung und einer n-1--itenden Bi.Te.-Biße..-Legierung. Die Schenkel sind je 2 cm lang und haben einen Querschnitt von je 0,2 cm2. Die Effektivität beträgt z= 2,5.10 -3 (Grad-'). Example Two Peltier elements are compared, one in a traditional design and the other in an embodiment according to the invention. In a Peltier element, as shown in FIG. 1 , the legs of the two thermocouples consist of a p-conducting B4Te "-Sb.Te. alloy and an n-1 - itenden Bi.Te.-Bite .. alloy. The legs are each 2 cm long and have a cross section of 0.2 cm2 The effectiveness is z = 2,5.10 -3. (grade - ').

Die Thermoelemente werden zur Kälteleistung bei - 100 C gegen eine Umgebungstemperatur von + 401 C verwendet. Ohne die erfindungsgemäße Verbindung, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, hat die Kälteleistungsziffer im günstigsten Falle, nämlich wenn jedes Thermoelement von einem Strom I= 3,31 Amp. durchflossen wird, den Wert?7=0,275. Die Kälteleistung ist dann insgesamt Qg = 0, 1416 Watt.The thermocouples are used for cooling at - 100 C against an ambient temperature of + 401 C. Without the compound according to the invention as shown in FIG. 2, the refrigeration capacity figure in the most favorable case, namely when a current I = 3.31 Amp. Flows through each thermocouple, has the value? 7 = 0.275. The total cooling capacity is then Qg = 0.1416 watts.

Werden die beiden Thermoelemente erfindungsgemäß miteinander verbunden, wie in der Fig. 2 dargestellt, und zwar in einer Entfernung von 0,69 cm vom unteren Ende der Schenkel, so erhöht sich die Kälteleistungsziffer und die Kälteleistung der Anordnung. Fließt durch jedes Thermoelement ein Strom von je I= 3,10 Amp. und außerdem durch die unteren Teile der erfindungsgemäß verbundenen Schenkel ein zusätzlicher Strom von F= 2,01 Amp., so erhöht sich die Kälteleistungsziffer um 14,1 % und beträgt q=0,314. Die Kälteleistung, die also mit der gleichen Menge und Qualität thermoelektrischen Materials erzielt wird, ist um 29,2% größer und beträgt QK = 0, 1829 Watt.If the two thermocouples are connected to one another according to the invention, as shown in FIG. 2, at a distance of 0.69 cm from the lower end of the legs, the cooling capacity and the cooling capacity of the arrangement increase. If a current of I = 3.10 Amp. Each flows through each thermocouple and an additional current of F = 2.01 Amp. Flows through the lower parts of the legs connected according to the invention, the refrigeration capacity increases by 14.1% and amounts to q = 0.314. The cooling capacity, which is achieved with the same quantity and quality of thermoelectric material, is 29.2% greater and is QK = 0.1829 watts.

Claims

Claims: 1. Thermoelectric arrangement for utilizing the Seebeck or Peltier effect, consisting of at least two thermocouples, characterized in that at least two limbs of different thermocouples in the arrangement and different Ibermo forces are connected with good electrical conductivity at at least one point along the limbs .

2. Ihermoelectric arrangement according to claim 1, characterized in that all legs apart from two legs with legs of other thermocouples present in the arrangement and other thermoelectric force are connected with good electrical conductivity at points along the legs. 3. Thermoelectric arrangement according to claim 1, characterized in that n-series connections of thermocouples consisting of one or more thermocouples connected in series are provided and that at least one leg of a row of thennocouples with (n- 1) legs of other thermocouples from (n - 1) others Rows of thermocouples at points along the legs are connected with good electrical conductivity and n is a number greater than or equal to two. 4. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one leg is assigned as the main leg at at least one point along the leg at least one leg as a secondary leg with different thermal force from the main leg electrically conductive. 5. Thermoelectric arrangement according to claim 4, characterized in that at least one secondary leg is in turn provided with at least one secondary leg like a main leg. 6. Thermoelectric arrangement according to claims 4 or 5, characterized in that the secondary legs of different legs (main or secondary legs) and different Ilermokraft are connected to one another. 7. Thermoelectric arrangement according to claim 6, characterized in that all the secondary legs are connected to other legs (main or secondary legs). 8. Thermoelectric arrangement according to one of claims 4 to 7, characterized in that the length of the secondary legs is approximately equal to the distance of the connection point of the secondary leg from one end of the associated leg. 9. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the shape and arrangement of the legs is chosen so that no special metal bridges are required to connect the legs. 10. Thermoelectric arrangement according to claim 9, characterized in that the legs to be connected to one another are arranged inclined to one another. 11. Thermoelectric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section of at least one leg changes along the legs. 12. Thermoelectric arrangement according to claim 11, characterized in that the change in cross section is provided in the region of the junction of two legs. 13. Thermoelectric arrangement according to claims 9 or 10 to 12, characterized in that the change in cross section is dimensioned so that no special metal bridges are required to connect the legs. 14. Therme-electric arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one leg is designed so that, in the sense of achieving high thermoelectric effectiveness, the material properties are selected along the leg with adaptation to the temperature distribution occurring during operation. 15. Thermoelectric arrangement according to claim 14, characterized in that the continuous or discontinuous changes in the material properties, in a manner known for thermocouple legs of a different type, is provided by the type of composition, doping or pretreatment of the material. 16. Thermoelectric arrangement according to claim 14, characterized in that for the arbitrary change of the material properties, in a manner known for other types of thermocouple legs, at least one leg or part of such a constant or variable magnetic field is exposed.