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DE19925960A1 - Thermoschenkel mit Schaumstrukturanteil - Google Patents

Thermoschenkel mit Schaumstrukturanteil

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Publication number
DE19925960A1
DE19925960A1 DE19925960A DE19925960A DE19925960A1 DE 19925960 A1 DE19925960 A1 DE 19925960A1 DE 19925960 A DE19925960 A DE 19925960A DE 19925960 A DE19925960 A DE 19925960A DE 19925960 A1 DE19925960 A1 DE 19925960A1
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DE
Germany
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thermal
conductive
thermoelectroactive
foam
thermoelectric
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19925960A
Other languages
English (en)
Inventor
Gunter Preis
Hans Boellinghaus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DETTMANN BIRGIT
VTV VERFAHRENSTECHNIK VERWALTU
Original Assignee
DETTMANN BIRGIT
VTV VERFAHRENSTECHNIK VERWALTU
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Publication date
Application filed by DETTMANN BIRGIT, VTV VERFAHRENSTECHNIK VERWALTU filed Critical DETTMANN BIRGIT
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Priority to AU59630/00A priority patent/AU5963000A/en
Priority to PCT/DE2000/001728 priority patent/WO2000073712A2/de
Priority to EP00945576A priority patent/EP1144920A2/de
Publication of DE19925960A1 publication Critical patent/DE19925960A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Es werden neuartige Thermoschenkel (7) mit Schaumstrukturanteil und daraus resultierende, neuartige Anordnungen derselben in grenzschichtgeschäumten thermoelektrischen Strängen, durchkontaktierten thermoelektrischen Strängen sowie übliche Verbundarten mit durchgehend geschäumten Thermoschenkeln (11), zusammengesetzten Thermoschenkeln und integrierten Aktivpassivthermoschenkeln (14) vorgestellt, die eine höhere Ausnutzung des thermoelektrischen Potentials bereits üblicher und eine Verwendung bislang als Thermoelektrika nicht ausnutzbarer, halbleitender Stoffe mit Erfolg hohen thermoelektrischen Wirkungsgrades gestatten. Der insgesamte Schaumstrukturanteil ist verschiedenartig mit homogenen oder differenzierten Wirkphasenanteilen versehen und generell vorgesehen und befähigt, die wirkungsgradmindernden Verlustwärmeströme zu minimieren. DOLLAR A Es werden begleitende und nachformierende feldeffektive Verfahren zur Optimierung der thermoelektroaktiven Wirkphasen in sich bildenden oder aushärtenden, geschlossenzelligen Strukturen nichtmetallischer Schäume (31) oder Sinterverbände beschrieben. DOLLAR A Anwendungsbereiche sind in der Thermostromerzeugung und Peltiertechnik gleichermaßen vorgesehen.

Description

Flächenleistungen und Wirkungsgrade durchgehend dichter Thermoschenkel (7) aus verschiedenen Thermoelektrika (3) nach Stand der Technik
Einem solaren Primärangebot von ca. 800 Watt pro Quadratmeter werden von den Verlust­ wärmeströmen (8) und abstrahlender Rekombinationswärme derzeitiger, marktüblicher thermoelektrischer Module (1) immer noch ca. 750 Watt entzogen und etwa gerade 50 Watt liefert ein Quadratmeter sonnenbeschienener Fläche auf die Potentialschienen der stromliefernden Gesamtanlage. Mittlerweile werden thermoelektrische, hohe spezifische Flächenleistungen mit Wirkungsgraden bis knapp 7% mit neuesten Thermopaarungen bei nichtfocussierter Solarstrahlung erreicht. So werden mit einem 23 cm × 13 cm × 8 cm dimensionierten Modul bei 75 ml/s Durchsatz eines mit 250 Grad Celsius einfließenden, thermisch liefernden, fluiden Thermotauschmediums und 38 ml eines mit 20 Grad Celsius einfließenden, thermisch abführenden Thermotauschmediums maximal 175 Watt Dauerleistung bei 15,2 Volt Arbeitsspannung erzeugt. Der Wirkungsgrad liegt hierbei bei 5,5%. Hierzu wären 3182 Watt Solarangebot notwendig, also eine ca. 2 × 2 m große, solare Einstrahlfläche, mit der unter Wärmefallentechnik über 250 Grad Celsius zu realisieren wären. Eingangstemperaturen von 200 Grad Celsius ermöglichen 125 Watt Leistung bei geringer erforderlichen Durchflußmengen der Thermotauschmedien. Trotz der hohen Energiedichte ergibt sich hierbei nur ein Wirkungsgrad von 3,7%.
Stand der Technik bezüglich der Verlustwärmereduzierung bei durchgehend dichten Thermoschenkeln (7) mit Mehrphasenlegierungen aus Wismut-Antimon-Telluriden
Weltweite Entwicklungen erbrachten neue Thermoelektrika (3) mit höheren Werten der Güteziffer (figure of merit) und entsprechender Wirkung. Das gelang durch Modifizierung der Thermoelektrika (3) dar Wismut/Antimontellurid/Selenid-Grundvarianten, denen weitere Metall- und Halbmetallkomponenten in solchen Anteilen und veränderte Dotierungen zugesetzt wurden, daß thermoelektrische Mehrphasenlegierungen entstanden, die sich durch ungeordnete und fehlgeordnete Korngrenzen zwischen vielen Matrixkristalliten mit einigen elektrisch hochleitfähigen Übergangsphasen in diesen Korngrenzenbereichen auszeichnen.
Diese neuartigen, aufgebauten Strukturen der Legierungskomponenten erbringen bei einigen ermittelten, detaillierten Anteilverhältnissen eine wesentliche Reduzierung der Wärme­ leiftähigkeit, bei wenig verringerten, gleichen, in seltenen Fällen verbesserten Werten der elektrischen Leitfähigkeit oder/und differentiellen Thermokräfte. Die resultierenden, teils auf bestimmte Betriebstemperaturbereiche ausrichtbaren, verbesserten Werte der "figure of merit" (Gütefaktor der thermoelektrischen Wandlung) sind demzufolge ein prinzipielles Ergebnis der "kalibrierten" Fehlordnungen, die das Franz-Wiedemannsche- Gesetz der engen Korrelation von elektrischer und thermischer Leitfähigkeit in seiner dominanten Wirkung beschränkt.
Indes sind diese Thermoelektrika (3) überdurchschnittlich schwer und sehr teuer. Das wirkt sich auf den Preis der fertigen Module entsprechend aus.
Letzter Stand der Technik sind thermoelektrische Anordnungen mit Thermoschenkeln (7), die zusammengesetzt sind aus einem Passivschenkelteil und einem Aktivschenkelteil (2). Dabei entspricht ein erfindungsgemäß beanspruchtes, nachfolgend beschriebenes, ge­ schäumtes Passivschenkelteil (4) funktional einem in der Erfindung "Energieregeneratives Flächenelement" beschriebenen, Passivschenkelteil. Diese Erfindung wird beim deutschen Patent- und Markenamt unter dem Aktenzeichen 198 55 982.8, der Anmeldernummer 101 16 559 und dem Prioritätsdatum vom 04. 12. 1998 geführt. Die Anmelder sind identisch. Das Passivschenkelteil ist erfinderisches Grundelement der bereits angemeldeten Erfindung und besteht vornehmlich aus Holzkohle-Kohlenstoffgerüsten, die als ganzes oder durch Verpressung von Holzkohlepulver zu nur elektrisch gut leitenden, geometrisch geeigneten Volumen ausgeformt sind, die den Verlustwärmefluß der Thermoschenkel (7) minimieren und endständig von zwei elektrisch und thermisch gut leitenden Aktivschenkelteilen (2) flächenhaft homogen kontaktiert werden.
Die endständig angesetzten Aktivschenkelteile (2) sind abwechselnd vom p-Leitungstyp und n-Leitungstyp und bilden über Zwischenkontaktierungen p/n- und n/p-Übergänge aus. Auf diese Weise sind elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltete thermoelektri­ sche Einzelelemente (6) zu flächenhaften Modulen verbunden, die als Seebeck- oder Peltierelemente nutzbar sind.
Außer den Holzkohlestrukturen gilt als Stand der Technik die Anfertigung von Thermoschenkeln (7) mit Sinterstrukturanteil aus geeigneten Materialien nach Vorbild der Pulvermetallurgie, um eine stärkere Sperrung der Verlustwärmeströme (8) zu erreichen. Alle verlustwärmesperrenden Strukturen können Anreicherungen der oberflächennahen Unterschichten und Beauflagungen ihrer Oberflächen zur elektrischen Leitwertoptimierung bis hin zur Fähigkeit zur Ausbildung von Thermo-EMK aufweisen. Nach Stand der Technik sind mit technisch fachmännischen Aufbringverfahren auf diesen und teils in diesen Strukturen der Passivschenkelteile die Aktivschenkelteile (2) verankernd auf- und einbringbar.
Im Ergebnis der hohen Wärmedämmung des mittigen Passivschenkelteils mit obengenann­ ten Strukturen lassen sich für die zu fertigenden Ihermoschenkel (7) Thermoelektrika (3) mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwenden.
Die nachfolgende Erfindung bezieht sich nunmehr nach diesem neuen - und übrigen - Stand der Technik auf die grundsätzliche, mittige Einfügung eines Passivschenkelteils in eine neue Generation von Thermoschenkeln (7) und hält sich an die endständige Kontaktierung von Aktivschenkelteilen (2), wobei die Strukturen der Passivschenkelteile in Erweiterung hierzu vornehmlich geschlossenzellige, metallische und nichtmetallische Schaumstrukturen darstellen. Diese sind demzufolge in einfachster Form als geschäumte Passivschenkelteile (4) bezeichnet. Diverse Schäumverfahren für nichtmetallische Schäume (31) lassen eine variantenreiche, anpassungsfähige Palette der Gestaltung von Thermoschenkeln (7) zu und spezielle Leitlacke die Ausbildung von dichten Aktivschenkelteilen (2) und Passivschenkelteilen mit differenzierten Schaumstrukturen und demzufolge differenzierten Bezeichnungen. Schaumstrukturierte Thermoschenkel (7) mit differenziertem Aufbau der Schaumstruktur lassen neuartige, nachfolgend in ihrem Aufbau noch beschriebene und bezeichnete thermoelektrische Anordnungen zu.
Vorschläge zur Gestaltungen von Thermoschenkeln (7) mit Schaumstrukturanteil zur wirkungsgradverbessernden Verlustwärmereduzierung, umfänglicher Kostenmini­ mierung für Thermoelektrika und Gewichtsreduzierung bei thermoelektrischen Anordnungen Metallische Schäume (10)
bieten die Möglichkeit zur Herstellung von Thermoschenkeln (
7
) mit Schaumstrukturanteil. Die labormäßige Herstellung von geschäumtem Aluminium gelang zunächst in einer Raumstation und anschließend auch unter normalen Schwerkraftbedingungen. Die auch seriell mögliche Produktion metallischer Schäume (
10
) gestattet die Bearbeitung thermoelektroaktiver Metalle. Deren thermoeoktrischer Gütegrad (figur of merit) wird, da der Durchsatz von Verlustwärme­ strömen (
8
) faktisch ausfällt, entscheidend verbessert.
Das sogenannte Spratzen an der Oberfläche eines erstarrenden Silbergusses nach der Schmelzphase ist seit langer Zeit unerwünschte Begleiterscheinung austretenden, gelösten Sauerstoffes und damit einer der ersten Hinweise auf die mögliche Herstellbarkeit metallischen Schaums (10). Die Unterbindung des Spratzens ist nur durch das Fernhalten sauerstoffhaltiger Luft während der Schmelzphase zu erreichen.
Bei der Metallschäumung ist es erforderlich, Gasblasen in homogener Verteilung in einer Matallflüssigphase, zumindest kurzzeitig so lange verteilt zu halten, bis Erstarrung eine Schaumstruktur stabilisiert. Diese Herausforderung wird derzeit angegangen. Aus heutiger Sicht stellt das nunmehr bald umfassend beherrschbare Regime des durch­ gehenden Metallschäumens eine notwendige Ausgangsbasis für eine neue Werkstoffge­ neration, die zum Beispiel für rißresistente, verwindungsfrei bleibende Leichtbaukarossen, Stütz- Trage- und torsionsbeanspruchte Elemente für statische und dynamische Bean­ spruchungen wichtig ist, dar.
Ein wesentlicher Aspekt metallischer Schäume (10) ist neben ihrer Festigkeit und Leichtigkeit, die erfindungsgemäß beanspruchte, für thermoelektrische Anwendungen aussichtsreiche Optimierung eines beibehaltbaren, hohen elektrischen Leitwerts, mit der Entwicklung von Thermoströmen in nunmehr hochgradig wärmedämmenden metallischen Strukturen (siehe Anspruch 1).
Insbesondere sind hochgradig geschlossenzellig geschäumte Metalle, elektrisch leitende Halbmetalle, Halbleiter, intermetallische Verbindungen oder intermediäre Phasen, die bereits hohe, differentielle Thermokräfte aufweisen oder gar bekannte Thermoelektrika (3) für eine durch Verlustwärmeminderung erzielbare, wesentliche Wirkungsgraderhöhung thermo­ elektrischer Wandlung zu beachten. Diese Thermoelektrika (3) besitzen verschieden gute Eignungen zur Herstellung durchgehend geschäumter Thermoschenkel (11) oder zusammengesetzter Ihermoschenkel (12) oder integrierter Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14), die nachfolgend verfahrens- und vorrichtungsgemäß definiert sind (siehe Ansprüche 1 und 2).
Durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) (Anspruch 4, Fig. 1)
Sie sind die einfachsten Thermoschenkel (7) mit Schaumstrukturanteil, von denen sich die anspruchsvolleren Formen der integrierten Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) mit differen­ zierten Schaumstrukturen ableiten (siehe Anspruch 8) und zu denen sie nachträglich teils oder ganz, je nach Eignung und Kostenaufwand des bereits in gleicher Zellengröße geschäumten Thermoelektrikums (3), gemacht werden können. Die Kosten reduzieren sich beim typischen Verfahren für integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) mit induktiven und dielektrischen Arbeitskomponenten und einem Schäumer (33) (siehe Anspruch 8).
Die Einfachformen bestehen aus metallischen Schäumen (10) oder Strukturen, die durch Sinterung vorgeblähter, elektrisch leitender Partikel mit oberflächeninkrustierten Thermoelektrika (3) gewonnen wurden oder ausreichend porös verbleibende Kohlegerüst­ strukturen, mit oder ohne Oxydant druckverkohlter Zellulosen, Zucker oder Eiweiße, wobei vorher verteilte, nachher zonenhaft fixierte, innere, thermoelektroaktive Korngrößen (17) thermoelektroaktive Zonen (34) ausbilden. Durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) bestehen jedoch mehrheitlich aus einem vorher kompakten Thermoelektrikum (3), das geschlossenzellig mit durchgehend gleicher Zellengröße geschäumt wurde und bei diesem thermischen Prozeß sich hinsichtlich einer komponentendifferenzierten Schäumung Schwierigkeiten (27) durch Bildung schlechtleitender oder sprödbrüchiger, intermetallischer Zwischenschichten oder anderen eigenschaftsverschlechternden Vorgängen ergeben würden. Außerdem gibt es wirksame Ansatzrezepturen für nichtmetallische Schäume (31), die allerdings nur in homogener stofflicher Zusammensetzung über die dielektrische Erwärmung richtig leitwertoptimierte, gegebenenfalls noch graduell dichtedifferenzierbare Schaumstruk­ turen ergeben - bei schichtendifferenzierter Zugabe bestimmter notwendiger Wirkphasen­ komponenten für eine komponentendifferenzierte Schäumung (27) jedoch sehr negative Entmischungs- oder innere Korrosionszonen ergäben. Es bleibt fachmännischem Handeln überlassen, herauszufinden, welche Ansatzrezepturen für welche Art der Schäumung geeignet sind.
Zwecks Gewinnung geometrischer Einbauformen von durchgehend geschäumten Thermo­ schenkeln (11) in thermoelektrische Module (1) gewinnt man diese durch geeigneten Zerschnitt des fertiggeschäumten Thermoelektrikums (3).
Bei geeigneter Kontaktierung seiner plangeschnittenen Schaumoberfläche mit ande­ ren Thermoelektrika (3) wird durch Temperaturunterschiede zwischen getrennten, jeweils thermisch parallel liegenden Kontaktstellen additiv eine anwachsende Thermo-EMK entwickelt. Die geometrische Form entstammt geeignetem senkrechtem Zerschnitt, der in dieser Art und Zusammensetzung einfach geschäumten - höchstens nachträglich, oberflächlich dichteveränderten Schaumstrukturoberflächen (Ansintern metallischer Schäume mit Flammlichtbogen oder Laser unter Schutzgas). Es können nun oberflächig offenporige baukastenähnliche Verzahnungsprofile (Anspruch 14, 4, Fgur 3b) mechanisch oder mit Laser herausgeschnitten werden, die anschließend mit indifferentem Leitlack (18) sattsam porenverschmiert, und unter zwischenlagiger Einfügung einer indifferenten Metallfolie (38) ineinandergeschoben werden. Eine Nachaußenführung und thermisch leitwertoptimierte Querschnittsverstärkung mit ebenso optimierter thermischer Einfangoberfläche erbringt eine vorteilhafte, funktionale Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21). Nach Anspruchsmerkmalen der Ansprüche 14 und 4 werden diese zwei artgleichen Kontaktierungen als verkittende Profilkontaktierung (39) und thermische Leitprofilkontaktierung (40) mit Anwendungs­ möglichkeit für alle Thermoschenkel (7) in thermoelektrischen Stromerzeugungsanlagen und alternativen Peltieranlagen bezeichnet und beansprucht (siehe Anspruch 14, 4, Fig. 3b).
Es gibt noch eine weitere Art, zu elektrisch leitfähigen, aber kaum thermischen Ausgleich zulassenden Strukturen zu kommen, indem möglichst aschefreie organische Substanzen frei oder in begrenzenden Volumen verkokt werden. Das Zuteilungsmaß an Volumen, innerhalb dessen sich Porösität oder Geschlossenzelligkeit der ver­ bleibenden Kohlegerüststruktur graduieren lassen, bleibt fachmännischem Handeln überlassen. Zumindest lassen sich dichte Glanzkohleoberflächen und eine porösere Innenstruktur erzielen - auch nachträglich durch eine thermische Oberflächenvergü­ tung in fetten Gasen.
Möglichkeiten thermischer oder oxydanter Kaltstartverkokung (36) zwecks Gewinnung eigenschaftsanaloger Kohlegerüststrukturen für durchgehend geschäumte Thermo­ schenkel (11) (Anspruch 4)
Die oxydante Kaltstartverkokung (36) bedient sich eines treibsatzähnlichen Abbrandes organischer Substanzen, deren zugemischter Sauerstofflieferant keine Salze hin­ terläßt und der in verminderter Zumischung nur eine Teiloxydation der Ansatzmi­ schung dahingehend zuläßt, daß ein entgastes Kohlenstoffgerüst verbleibt.
Da dies aus "kalter Phase" heraus, durch z. B. Glühdraht oder Stoppinenzündung, möglich ist, wird die erfindungsgemäße Bezeichnung "oxydante Kaltstartverkokung (36)" gewählt.
Der vermittels oxydanter Kaltstartverkohlung (36) oder thermischer Verkohlung gewonnene, nichtmetallische Schaum (31), der in seinem Aufbau die Möglichkeit komponentendifferenzierter Ausbildung zuläßt, ist eine Art schaumstrukturierten Kohlenstoffgerüsts, mit Möglichkeit der Ausbildung leitwertoptimierter Zwischen­ bereiche (35) und elektrothermoaktiver Endzonen (34). Er kann ebenfalls durch ver­ kittende Profilkontaktierung (39) oder thermische Leitprofilkontaktierung (40) zu thermoelektrischen Anordnungen von Seebeck- oder Peltierblöcken gefügt werden (sie­ he Ansprüche 4 und 14, Fig. 3b). Es bietet sich weiterhin die Möglichkeit des Mosaik­ aufbaus großer Kohlenstoffgerüstblöcke durch die leitwertverbindende Fugenkohlung (41), indem Kohlestruktursegmente (42) mit geeignet verkohlbaren Leimen gefügt werden und eine induktive Widerstandserhitzung oder anderer geeigneter thermischer Eintrag in den Fugen der zusammengesetzten Struktursegmente (42) die leimausgefüllte Fuge in eine verbindende Kohlestrukturzwischenschicht (43) wandelt.
Letztlich können stromdurchflossene Karbonfasern in den leimverpreßten Fugen scho­ nend über lokalisierte Widerstandserhitzung thermische Dissoziation die Ausbildung der Kohlestrukturzwischenschicht (43) bewirken. Schließlich gestattet sich noch eine partielle oder durchgängige Verkittung mit indifferentem Leitlack (18). Die für thermoelektrische Module (1) erforderlichen Festigkeiten der Kohlenstoff­ gerüstverbände lassen sich gemäß Ausgangsstoffen und fachmännischem Handeln bis zementhart und -fest hinreichend variieren.
In der Variante Einfachstabausführung mit metallischen (10) und nichtmetallischen Schäu­ men (31) vermitteln weiterkontaktierende Brückenelektroden (13) den Ther­ mostrom (5) durch die gesamte Reihenschaltung des thermoelektrischen Moduls (1). Sie entnehmen ihn endflächenkontaktierten, Ladungsträger sammelnden, thermoelek­ trisch indifferenten Kollektorhauben (15), die auf diese Weise die p/n- und n/p- Übergänge der durchgehend geschäumten Thermoschenkel (11) realisieren (siehe Ansprüche 4 und 5 in Fig. 1).
Die indifferente Kollektorhaube (15) ist ihrer Funktion nach vornehmlich eine geeignet "umfas­ send geformte" Aufbringung erhärteten, sich in den Poren kraftschlüssig verkit­ tenden, indifferenten Leitlacks (18), der thermisch und elektrisch hochleitend ist und elektrisch/thermisch weiterkontaktierend, Verbindungen für vorhergehende und nachfolgende Endflächen durchgehend geschäumter Thermoschenkel (11) gestattet. Insofern gestattet sich die Verbindung von Einfachstabformen über damit gestaltete, gegebenenfalls mit leitenden Armierungen (Drähte) versehene Brückenelektroden (13) (Fig. 1) oder, die durch verfugende Leitlackverkittung erzielbare Direktverbindungen von bo­ gigen oder abgewinkelten Formen (siehe Ansprüche 4 und 5) zuläßt. Die Kollektorhaube (15) kann vorrichtungsgemäß innerlich armiert sein mit heraus­ ragenden, thermisch eintragenden Wärmekälteleiteinrichtungen (21) (siehe An­ sprüche 4 und 5 in Fig. 1).
Aktivschenkelteile (2) (Ansprüche 6, 2, 7, Fig. 3a)
Sie bestehen aus vornehmlich dichten, beidseitig leitend verkitteten Scheiben oder Schichten von Thermoelektrika (3), die Metalle, eigenleitende Elementhalb­ leiter, Verbindungshalbleiter, intermetallische Verbindungen oder intermediäre Pha­ sen, Mehrphasenlegierungen oder andere geeignete sein können oder deren geeig­ nete, so bezeichneten thermoelektroaktive Korngrößen (17) in einer elektrisch leitenden Einbettung aus ausgehärtetem, thermoelektrisch indifferenten Leitlacks (18), wobei dieser körperliche Verbund des Aktivschenkelteils (2) an seinen Oberflächen thermoelektrisches Potential der innerlichen thermoelektroaktiven Korngrößen (17) empfängt, der thermoelektrischen Anordnung hinzuaddiert und wei­ terkontaktiert und deshalb als thermoelektroaktive Kollektorhaube (19) aus ther­ moelektroaktivem Leitlack (16) unterbezeichnet wird.
Geschäumte Passivschenkelteile (4) (Anspruch 6, Fig. 3a)
Sie sind der mittige bis überwiegende Teil von Thermoschenkeln (7) mit Funktion einer wesentlichen Wirkungsgradverbesserung der gesamten thermoelektrischen An­ ordnung als Seebeck- oder Peltierelementenblock. Sie kontaktieren die endständigen Aktivschenkelteile (2).
Sie bestehen aus thermoelektrisch, indifferenten, vornehmlich geschäumten, metal­ lischen und nichtmetallischen Stoffkomponenten mit hohem elektrischen Leitwert, in Form metallischen (10) oder nichtmetallischen Schaums (31), wobei eine endständige Dichtedifferenzierung der vornehmlich geschlossenzelligen, Schaumstruktur vorhanden sein kann.
Die optimierte Schaumstruktur der geschäumten Passivschenkelteile (4) erbringt einen mehrfach höheren Wärmewiderstandswert, bei wesentlich geringeren Einbußen an elektrischer Durchlaßfähigkeit und damit die Befähigung zur drastischen Sen­ kung der Verlustwärmeströme (8).
Zusammengesetzte Thermoschenkel (12) (siehe Anspruch 7, Fig. 3a)
bestehen aus so bezeichneten, jeweils zwei endständigen Aktivschenkelteilen (2), die ein mittiges, geschäumtes Passivschenkelteil (4) kontaktieren. Dem geschäumten, dabei thermoelektrisch, indifferenten Passivschenkelteil (4) fällt die Aufgabe zu, thermischen Verlustwärmeübergang zu minimieren, bei höchstmöglicher Beibehal­ tung elektrischen Leitwerts. Es entwickelt also keine oder nur sehr geringe eigene thermoelektrische Spannungen. Die aus Thermoelektrika (3) bestehenden Aktivschen­ kelteile (2) bilden n/p- und p/n-Übergänge untereinander aus, mit Aufgabenstel­ lung der Entwicklung von Thermoströmen (5) bei Einwirkung an sie geeignet angeleg­ ter Temperaturgefälle. Sie sind als Intervalle oder dünne Scheiben natürlicher oder synthetisierter Thermoelektrika (3), z. B. geschnittene Pyrit- und Chalkopyrit­ scheiben mit den Endflächen der geschäumten Passivschenkelteile (4) und anderer­ seits miteinander kontaktiert. Die homogene Flächenkontaktierung übernimmt fugen­ ausfüllender, aushärtender, indifferenter Leitlack (18).
Um intensiven Wärmeeintrag zu erreichen, sind die geschnittenen Kristallscheiben na­ türlicher und oder synthetischer Thermoelektrika (3) mit thermisch konzentrierenden Endbereichen demgemäß thermisch eintragender Oberflächen an der äußeren Kristall­ scheibenoberfläche verbunden, die nachfolgend einen Übergang zu Brückenelektroden (13) hat (siehe Fig. 3a). Demgemäß sind diese zu oberflächenmäßig ausgebildeten Wärme- Kälte-Leiteinrichtungen (21) ausgeformt. Vorbildhaft ableitbar ist hier ebenso die konstruktive Lösung des thermischen Eintrags, die bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen thermischen Leitprofilkontaktierung (40) getroffen ist (siehe Ansprüche 4, 14, Fig. 3b).
Es gelten weitere analoge Weiterkontaktierungsverfahren, wie für durchgehend geschäum­ te Thermoschenkel (11), z. B. mit thermoelektroaktiven Kollektorhauben (19) als Aktiv­ schenkelteile (2) (siehe Anspruchsmerkmal in Ansprüchen 6 und 7).
Integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) im Ergebnis dichte- (23) und kom­ ponentendifferenzierter Schäumung (27) (Anspruch 8, Fig. 3b und 4)
Für thermoelektrische Anwendungen bereits seit langem erkannte, wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit nur bedingt geeignete, daher außer acht gelassene Metalle, sind durch das Metallschäumen nach den erfindungs- und verfahrensgemäßen Vorschlägen als jetzt wieder als interessante und wirksame Thermoelektrika (3) verwendbar.
Sie werden in einer geeignet dicken Schicht differenziert so geschäumt, daß sie im Endbereich vor den beiden gegenüberliegenden Oberflächen der ausgebildeten Schicht metallischen Schaums (10) in wesentlich dichteren bis schaumfreien Zustand übergehen, der eine Lötung, Schweißung (auch mit Ultraschall) oder mechanische Kraftschlußkontaktierungen der oberflächennahen, dichteren Strukturen ermöglicht (siehe Anspruch 14, Anspruchsmerkmal Kontaktankerkralle (22)).
Die dichtedifferenzierte Schäumung (23) von Metallen und Nichtmetallen ist Ergebnis eines Regimes für Mikrowellen- und Induktionswechselfeldern, die anteilig dielektrische Erhitzung nichtleitfähiger oder Widerstandserwärmung leitfähiger Ansatzkomponenten in den noch dichten Grünansätzen bewirken. Ein ergänzendes barometrisches und akustisches Hilfsregime bewirkt gegebenenfalls in den blähbereiten, startklaren Vorhaltephasen das Auslösen und Zwischenstabilisieren der aufgehenden Schäume. In Anspruch 10 sind die Komponenten der Steuerregimes und ihre Wirkmechanismen benannt und erklärt. Mit der gleichen oder modifizierten technischen Apparatur wird eine noch in heißer Phase einsetzende Nachformierung der in den Schaumstruktur-Zellwänden noch polari­ sierbaren Wirkphasen vorgenommen (siehe Anspruch 15).
Danach wird die durch dichtedifferenzierte Schäumung (23) gewonnene Gesamtauflage metallischen Schaums (10) - in dieser differenzierten, geschlossenzelligen Struktur oberbegrifflich so bezeichnungsfähig - längs und quer in sogenannte Stabformen in­ tegrierter Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) geeigneten Querschnitts zerschnitten, wie dies normalerweise für ein günstiges Stromspannungsverhältnis in thermoelektri­ schen Anordnungen notwendig ist. Demgemäß sind aus metallischen Schäumen (10) ge­ winnbare, integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) charakterisiert durch 100% Materialanteil Thermoelektrikum (3) - wenn man von Tränkloten in offenporigen Eindringbereichen geschnittener Kontaktierungsoberflächen absieht - vorwiegend als Metall, das mit dichter werdendem geschlossenzelligem Aufbau des metalli­ schen Schaums (10) in eine feinporig werdende, oberflächennahe, dichtere, bis duktile Phase unter den endständigen Deckflächen übergeht.
Erweiternd hierzu gestattet sich ein stufiger Dreizonenaufbau von integrierten Thermo­ schenkeln (14) durch Ansetzen und Schäumen von dreilagigen Grünlingsschichten für nichtmetallische Schaumstrukturen, die sich auszeichnen durch einen mittigen, leitwertoptimierten Zwischenbereich (35) mit dafür verantwortlicher durchkontaktierender Wirkphase (26), die in ober- und unterseitige elektrothermoaktive Endzonen (34) übergeht. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß als komponentendifferenzierte Schäumung (27) (siehe Anspruch 11) bezeichnet. Es spart bei Serienfertigung von thermoelektrischen Modulen (1) große Mengen Thermoelektrika (3) ein.
Die endständigen Deckflächen werden mit vorgenannten elektrischen/mechanisch kittenden Verbindungsarten in analoger Weise wie bei durchgehend geschäumten Ther­ moschenkeln (11) vermittels indifferenter Kollektorhauben (15), leitlackverkitte­ ten Brückenelektroden (13) zu p/n- und n/p-Übergängen kontaktiert und mit analogen Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) versehen (siehe Anspruch 5 abgeleitet von Bauformen in Fig. 1 und 3).
Für integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) sind wie bei obengenannten Ausfüh­ rungsformen gerade Stab- oder bogige oder abgewinkelte Formen beansprucht (siehe Anspruch 7).
Eine vorteilhaft anwendbare, in die die dichten Schaumoberstrukturen einstechende, kraftschlüssige und verlötbare Kontaktierung ist noch die mit vorverzinnten Kon­ taktankerkrallen (22) bei metallgeschäumten integrierten Aktiv-Passiv-Thermoschenkeln (14) (siehe Anspruch 14, Fig. 4). Die Kontaktankerkrallen (22) können auch mit einer in jeder Hinsicht indifferenten Schicht aus Titan/Silber/Palladium überzogen sein.
Bei nichtmetallischen Schäumen (31) übernimmt kapillar eindringender, später aushärtender indifferenter Leitlack (18) die Rolle des Zinns. Hierzu wird die Schaumstrukturoberfläche mit der Kontaktankerkralle (22) vorgestochen, benetzt und dann bleibend eingekrallt.
Die differenzierte Grenzschichtschäumung (29) zur Herstellung thermoelektrischer Stränge (28) (Anspruch 13, 23, 27, Fig. 5)
Nach Anspruchsmerkmalen des Anspruch 13 wird ein fachmännisch auszugestaltendes, technisch anspruchsvolles Verfahren vorgeschlagen, das eine Erweiterung der dichte­ differenzierten Schäumung (23) hin zur differenzierten Grenzschichtschäumung (29) thermoelektroaktiver Metallpaarungen vorsieht, die im Rahmen steuerbarer, technischer Durchschubverfahren realisierbar ist. Vorrichtungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß ein formstabilisierter, dichter Strang aus vorher vornehmlich ultraschallverschweißten, verkitteten, verklebten oder druckkontaktierten, prismatischen oder geeigneten Querschnitten von Intervallen hintereinanderfolgender, metallischer - oder anderer für dieses Verfahren geeigneter - Thermoelektrika (3) durch geeignete mittel bis höherfrequentere Induktionsfelder geschoben wird, die einem intensitäts- und frequenzregelndem Regime für Induktions­ schmelz-Schaumhaube, dielektrische Erhitzung, Druck umgebender Schutzgasatmosphären und frequenzdurchlaufender Rüttelung durch beispielsweise mechanisch geleiteten Schallfrequenzen aus wechselstrombeaufschlagten, vibrierenden Tauchspulen in Ringspalten starker Permanentmagneten unterworfen ist.
Im Ergebnis einer Regimesteuerung für wählbare Schaumstrukturen - betreffend die Anteile dielektrischer und induktiver Energieeinträge - erfährt der durchzuschiebende Strang, zusammengesetzt aus den Intervallen der zu paarenden Thermoelektrika (3), unter Reckung und Durchmesserzunahme schließlich eine fortlaufende, graduell ein­ stellbare, dichtedifferenzierte Schäumung dahingehend, daß sich optimale p/n- und n/p-Übergänge und deren gleichzeitige Hintereinanderschaltung ergeben. Wenn die strangvorgepreßten Grünlingsintervalle für strangverkettbare Thermoschenkel (7) nach der Dreischichtmethode angesetzt werden, ergibt sich für den zu schäumenden Strang der Vorteil einer komponentendifferenzierten Schäumung (27) mit leitwertoptimiertem Zwischenbereich (35) und thermoelektroaktiven Endzonen (34) (Ansprüche 13, 11, Fig. 5). Den thermischen Eintrag für die p/n- und n/p-Übergänge der strangförmigen Anordnung übernehmen zwischenkontaktierende, voll im Schaumverbund liegende, feinporige bis dichte, thermisch elektrisch hochleitende, jedoch indifferente Zonen, die strangseit­ lich sich nach außen - jeweils um 180 Grad versetzt - in verbreiternde und verlänger­ te Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) mit Teflonüberzug fortsetzen (siehe Anspruch 13, Fig. 5). In Fig. 5 ist für die thermische Kontaktierung der indifferenten Zone eine rein thermisch übertragende Ringkontaktierung dargestellt, die sich wechselseitig nach außen in die äußeren thermisch eintragenden Oberflächenbereiche der so insgesamt aufgebauten Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21) fortsetzt. Die so vorgenommene, alternierende Anordnung kann Temperaturangebote abgreifen, in den Thermoschenkelübergängen zu elektrischer Leistung wandeln und an den Strangenden des so bezeichneten thermoelektrischer Strangs (28) über bereits nennenswerte Arbeitsspannungen bis in den Zehnvoltbereich anbieten. Mit handwerklich einfacher Methode lassen sich anpaßbare Zuschnitte und flächen­ hafte Reihenschaltungen beliebiger Arbeitsspannungen realisieren, die bei Pyrit/­ Chalkopyrit-Thermopaarungen oder Bleiglanz-Homojunktionen mit wenigen thermo­ elektrischen Strängen (28) die Spannungswerte von Autobatterien erreichen.
Druckkontaktierte thermoelektrische Stränge (32) (Anspruch 13, abgeleitet von Fig. 5)
Sie sind im Aufbau prinzipiell gleich, erlauben aber ein Auswechseln diverser Thermoschenkel (7) mit und ohne Schaumstrukturanteil. Sie präsentieren ein regel­ rechtes Baukastensystem, das man stets umbestücken und anschließend störfrei innerhalb einer Röhre druckkontaktieren kann. Die indifferenten, die p/n- und n/p- Übergänge zwischenkontaktierenden, stranginneren Oberflächen der Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) sind beidseitig mit dünnen Auflagen von Leit­ gummi (37) oder geeignet oberflächenausgebildeten, elastisch wirkenden, indif­ ferenten Metallfolien (38) versehen, die der axialen Druckkontaktierung eine straff federnde Dauerkomponente verleihen.
Oberflächenkontaktierung größerzelligen, metallischen Schaums (10) mit Tränkle­ gierung und Kontaktankerkrallen (Anspruch 14, Fig. 4)
Sollte eine dichtedifferenzierte Schäumung (23) nicht, sondern nur homogen mit gleicher Zellengröße möglich sein, so läßt sich das thermoelektrisch indifferente Zinnbleilot 84171 00070 552 001000280000000200012000285918406000040 0002019925960 00004 84052oder anderes leicht fließendes, thermoelektrisch indifferentes Weichlot (silberhaltiges) in die plangeschnittenen, offenporigen Deckflächen der fertig geschnittenen Rohlinge kapillar einbringen. Die geschnittenen Rohlinge sind demgemäß schon als durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) zu betrachten, deren Enden durch kapillare Zinnlotaufnahme nur noch duktil und damit kontaktfähig gemacht werden müssen. Die Weiterführung des Thermostromes (5) erfolgt neben bereits genannten und beanspruchten Kontaktierungsarten mit unterseitig, kraft­ schlüssig in die zinnversetzte, endflächige Schaumstruktur drei- oder mehrdimen­ sional einstechenden, geeignet ausgeformten, vorverzinnten Kontaktankerkrallen (22), die in einen weiterführenden starken Draht geeigneten Leitermaterials (meist Kupfer) übergehen, der in Leitlack aufzuformender indifferenter (15) oder thermoelektro­ aktiver Kollektorhauben (19) gebettet wird. Eine Hauchversilberung, zumindest eine Glanzverzinnung ist vorteilhaft, da blankes Kupfer allerhand schleichende Kor­ rossionserscheinungen entwickeln kann. Der hauchdünne Silberüberzug ist ideal - muß aber vor der Leitlackbettung sicher vor schwefelwasserstoffhaltiger Luft ge­ schützt werden. Neben einfachen, erfüllen doppelkrallige Kontaktankerkrallen (22) sowie hiervon ausgehende, gebogene, gegebenenfalls spiralig, flexible Brückenformen, bis hin zu mittigen Kühlkörperformen in der Verlängerung eine wichtige Mehrfach­ funktion hinsichtlich einer Ausbildung der p/n- und n/p-Übergänge, Volleintrag thermischer Angebote und flächenhaft, dreidimensionale Anpaßbarkeit (siehe An­ spruch 14, Fig. 4).
Diese Art der zinnverfestigenden Kontaktierung ist demzufolge für durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) aus metallischen (10) und nichtmetallischen Schäumen (31) anzuwenden.
Metallauswahl zur Herstellung thermoelektroaktiver, metallischer, gleichzelliger oder dichtedifferenzierter Schäumungen (23) für durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) mit homogener Wirkphasenverteilung und möglicher, dichter Ausführungsformen von Aktivschenkelteilen (2) für zusammengesetzte Thermoschenkel (12)
Längs der erfindungsgemäßen Ihermoschenkel (7) mit Schaumstrukturanteil können im Gegensatz zu derzeitigen, konventionellen, vorrichtungsgemäßen Typen, vergleichs­ weise nur noch äußerst schwache Verlustwärmeströme (8) fließen, da die Schaum­ strukturen einen extrem hohen Wärmewiderstand im Vergleich zu dichten Metal­ len entgegensetzen. Sie rücken an die K-Werte von Schaumbeton heran, da sich die Zellwände sehr dünn - und hiervon ausgehend - sehr große innere Oberflächen aus­ bilden lassen. Immerhin verbleiben den metallischen Schäumen (10) noch ausreichend hohe, elektrische Leitwerte.
Das macht sie jetzt wieder attraktiv thermoelektrische Anwendungen. Diese scheiterten bisher aus Gründen der hoher Verlustwärmeströme (8) und den - teils bescheidenen - thermoelek­ trischen Einzelspannungen.
So verbrauchte die Gülchersche Thermosäule zu Beginn dieses Jahrhunderts 170 Liter Leuchtgas pro Stunde bei einer - allerdings sehr zuverlässigen - Dauerleistung der 66 Kompaktelemente aus jeweiligen Nickel/Antimonlegierung-Thermopaarungen von 12 Watt bei 4 Volt Arbeitsspannung. Die Hintereinanderschaltung ergab immerhin einen Dauerkurz­ schlußstrom von 6 Ampere. Nebenher konnte das Gerät Räume spürbar durchheizen. Äquivalente, elektrische Leistung bedarf bei gleichem Weg eines viel geringeren Querschnittes, um noch ohne Einbußen passieren zu können. Durch Entfernung der hohen Wärmeleitfähigkeiten duktiler Metalle verbleiben ausgezeichnete Rahmenbe­ dingungen für die thermoelektrische Nutzung der metallischen Schäume (10). Folgende, seit langem erprobte Metallpaarungen mit folgenden Thermospannungen (in Millivolt) pro 100 Grad Celsius Temperaturunterschied erscheinen aussichts­ reich für die erfindungsgemäßen, vorgeschlagenen Ausführungsformen von neuarti­ gen Thermoschenkeln (7) mit hochprozentigem Schaumstrukturanteil:
Im Ergebnis herzustellender, thermoelektrischer Module (1) können die Längen dieser durchgehend geschäumten Thermoschenkel (11) wesentlich kürzer gewählt werden (Gewinn an elektrischem Leitwert des thermoelektrischen Moduls) und thermi­ sche Angebote mit einem hohen Wirkungsgrad in elektrische Arbeit gewandelt werden. Die Kontaktierung der Enden der integrierten Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) oder der anderen vorgeschlagenen Varianten mit Metallschaumstrukturanteil zu ther­ mostromerzeugenden p/n- und n/p-Übergängen ist mit vorgenannten und allen übrigen ausgereiften, konventionellen Methoden durchführbar.
Elektrische und stoffliche Eigenschaften erzgewachsener, hydrothermal auskristal­ lisierter, natürlicher Verbindungshalbleiter hinsichtlich der Verwendung als thermo­ elektroaktive Korngrößen (17) sowie die intermetallischer Verbindungen und synthetischer, halbleitender Elemente und Verbindungen
Diese bieten eine riesige Auswahl von Thermoelektrika (3) mit weitaus höheren differentiellen Ihermokräften. Metalle besitzen höchste Konzentrationen an frei­ en Elektronen 1022/cm3, die jedoch kaum temperaturabhängig ist. Energie und Geschwindigkeit der Elektronen sind betragsmäßig wenig verändert. Nun sind aber gerade unterschiedliche Energie, Geschwindigkeit und Konzentration der beiden La­ dungsträgerarten - Elektronen und Löcher - ein stark temperaturabhängiges Charak­ teristikum halbleitender Verbindungen, die sie weitaus besser als Metalle dazu befähigen, zwischen kalten und heißen Kontaktstellen daraus gefertigter Thermoschenkel (7) ein Potential auszubilden (siehe Fig. 3a).
So zeigen Pyritbrocken mit einer effektiven Ladungsträgerkonzentration von über 1015 und einer Beweglichkeit von 200 cm 2/Vs oder Brocken von Chalkopyrit oder solche aus Galenit (höhere Werte) differenziert bei Erwärmung einen starken, halbleitertypischen + Anstieg ihrer Leitfähigkeiten. Das wird durch den einfachen Versuch einer Reihenschaltung der glänzenden Erzbrocken (Verbindungshalbleiter) mit einer 12 Volt-Autobatterie, einer Scheinwerfer­ glühlampe und etwas Draht belegt.
Die differentielle Thermokraft eines zufällig gewählten Pyritbrockens in Paarung mit nor­ malem Kupferdraht lag in nachfolgend beschriebenem "eigentlichen" Versuch über Eigenleitfähigkeiten verschieden kristallisierten Pyrits und anderer diverser Kri­ stallformen von Kiesen, Blenden und Glanzen - im Bereich zwischen 20 und 80 Grad Celsius bei etwa dem doppelten nachfolgend aufzufindenden Tabellenwert von 130 Mikrovolt/Grad Celsius.
Der Leitfähigkeitsversuch mit einem kleinkristallinen, unregelmäßigen Pyritbrocken ergibt nun folgende Beobachtung: Beim Schließen des Stromkreises fließt ein anfäng­ lich schwacher Strom, der nur zum schwachen Glimmen einer Wolframwendel, aber zu gleichzeitigem Temperaturanstieg der umgebenden, drahtspitzenkontaktierten Pyrit­ oberfläche ausreicht. Es erfolgt schließlich ein sprunghaftes Hellbrennen der Schein­ werferglühlampe, wenn die aktuelle Leitfähigkeitszone des erzgewachsenen Verbin­ dungshalbleiters einen Temperaturanstieg von ca. 30 bis 40 Grad Celsuis absolviert hat. Die verschiedenen Erwärmungsgrade wurden indes zur Thermospannungsmessung benutzt. Der gleiche Versuch mit einem regelmäßigen, kubischen Einkristall aus Pyrit erbringt anfangs gleich ein Hellstrahlen der Wolframwendel, wie das schon mit unregelmäßi­ gen Brocken von Chalkopyrit oder Arsenopyrit möglich ist.
Hieraus folgt, daß für diskrete Aktivschenkelteile (2) Scheiben aus diesem kubi­ schen Einzelkristall beste Eignung besitzen, da jede Richtung im Kristall vorzüg­ liche Leitfähigkeit und damit gleich hohe Thermo-EMK liefert.
Eine Erwärmung der durchwachsenen oktaedrischen Brocken erbringt dann noch deutlich höhere Leitwerte. Diese reichen zum Betreiben zweier Glühlampen über eine Draht­ spitzenkontaktierung aus. Eine Flächenkontaktierung des Pyrits beseitigt somit jegliche Übergangsprobleme. Die in den Versuch einbezogenen, aus einer Dolomitverwachsung herausgebrochenen Bleiglanzkristalle (PbS) erbrachten in weiterer Versuchsdurchführung überragende thermoelektrische Spannungen und Ströme mit solar erreichbaren Temperatur­ angeboten und -gradienten, die auf Grund ihrer anisotropen Eigenschaft nur bei "richtig orientiertem Aufsetzen der Drahtspitzen auf bestimmte Oberflächenteile des Kristalls" abnehmbar waren.
Die einfache Versuchsausführung beweist zusammenfassend eindeutig den bereits lange bekannten, halbleitenden Charakter bergmännisch gewinnbarer Blenden, Glanze und Kiese und damit ihre Eignung zur äußerst preiswerter Herstellung von Thermo­ schenkeln (7), besser jedoch den erfindungsgemäßen mit Schaumstrukturanteil. Damit läßt sich der preiswerte Pyrit- sowie viele andere bergmännisch gewinnbare elektrisch halbleitende Kristallstrukturen - mit vergleichsweise geringen Kosten (gegenüber teuerer synthetischer Thermoelektrika, wie z. B. Wismuttelluride) zur Gewinnung thermo­ elektrischen Stroms einsetzen.
Nach erfindungsgemäßen Vorschlägen sind zerteilte Fraktionen innerhalb thermoelektro­ aktiver Kollektorhauben (19) oder geschnittene Kristallscheiben von größeren, hydrothermal gewachsenen Kristallen des Pyrits, Chalkopyrits und anderen ähnlich wirksam und geeignet.
Pyrit kommt oft in ausreichend dimensionierten kubischen Einkristallen vor und kann mit Kupfer zu leistungsfähigen thermoelektrischen Modulen (1) "aus dem Berg" heraus verarbeitet werden, wobei viele dünne Scheiben aus einem Kristall genau die Hälfte so vieler thermoelektrischer Einzelelemente ergeben - mit erheblich geringerem Innenwiderstand und wesentlich flacherer Baugröße - als es die Verwendung ganzer Kristalle zuläßt. Sogar rasierklingendünne Schichten sind gleich wirksam für die Entwicklung der Thermo-EMK. Es lassen sich die beim Kristallzerschneiden entstehenden Körner und Stäube der erzge­ wachsenen Verbindungshalbleiter wiederum in Leitlackeinbettungen zur Herstellung thermoelektroaktiver Kollektorhauben (19) oder zur Ausbildung thermoelektroaktiver Endzonen (34) (Ansprüche 4 und 6) verwenden.
Nachbesserungen der thermoelektrischen Eigenschaften
Auf amorphen Substraten abscheidbare, verwachsende Dünnschichten gestatten sich auch über transportierenden oder synthetisierenden Dampfphasentransport. Desglei­ chen ist ein temperndes, ordnendes Rekristallisieren mit oder ohne Polarisationsfelder möglich. Die Zerteilungsgrade - bezeichnet als thermoelektroaktive Korngrößen (17) erhalten durch diese Felder in harzzähen Phasen von Lackgrundkomponenten unter Feldeinfluß eine thermoelektrische Vorzugsrichtung in dem später erhärtenden Verbund (z. B. eines thermoelektroaktiven Leitlacks (16)). Ionenreinigen ist ebenso möglich bei Pyritkristallstruktu­ ren (siehe Anspruch 15).
Ursachen der Thermospannung an Pyrit und Galenit
Bei Metallen, Elementhalbleitern, Verbindungshalbleitern, intermetallischen Verbindungen oder intermediären Phasen treten drei thermospannungsbildende Komponenten auf:
Elektronendiffusionsanteil oder Volumenkomponente, Kontaktpotential und Phonon- Drag-Anteil. Letztere bezieht sich auf eine Wechselwirkung zwischen Elektronen und Phononen, bei der Phononen mit ihrer Bewegung vom wärmeren zum kälteren Ende Elektronen mitreißen. Diese Komponente wird nur in Tieftemperaturbereichen mitbestimmend.
Ein mit einem Temperaturgradienten behafteter, halbleitender Thermoschenkel (7) bekommt an seinem heißen Ende einen vielfach höheren Elektronendiffusionsanteil (Elektronendruck) und die zwei unterschiedlich temperierten Kontaktstellen zweier solcher Thermoschenkel (7) bilden an ihren verschieden temperierten Kontaktstellen ein unterschiedliches, temperatur­ abhängiges Kontaktpotential aus.
Damit ausreichende Ihermoströme fließen können, ist eine ausreichend dimensionier­ te, möglichst dünne Übergangsfläche und noch eine noch ausreichende Ladungsträger­ konzentration in diesem zur Schicht ausgeformten Thermoelektrikum (3) notwendig. Der teils vorliegende Tatbestand hoher Thermokraft eines nur mäßig stromleitenden Thermoelektrikums (3) legt es nahe, alle nicht elektrothermoaktiven Strecken des Thermostrompfades (9) aus anderem indifferentem, dafür elektrisch hochleitfähigem Material zu gestalten - das außerdem noch möglichst wärmesperrend wie metallischer Schaum sein sollte. Also ergeben leitlackverkittete Pyrit- und Chalkopyritscheiben auf plangeschnittenen Metallschaumflächen die beste Lösung für hohe, verlustminimierte, thermoelektrische Wandlung.
Für höchste entwickelbare Thermo-EMK ist die Verwendung der Kombination eines Löcherhalbleiters mit einem Elektronenhalbleiter vorzusehen. Für eine Dauerbean­ spruchung in thermoelektrischen Modulen (1) sind Temperaturbeständigkeit, eine be­ stimmte Verwitterungsbeständigkeit und antikorrosives Verhalten zu Kontaktwerk­ stoffen vonnöten. Für luftausgesetzte Thermopaarungen aus Pyrit- und Chalkoopyrit­ scheiben und -schichten genügt ein Lacküberzug.
Unmittelbares und mittelbares Schäumen nichtmetallischer Thermoelektrika (3)
Nur in begrenzter Auswahl können halbleitende Verbindungen den Vorgang heißen Schäumens ähnlich problemlos wie Metalle absolvieren. Hinzu kommt noch eine geeignete Auswahl, die thermisch nachbehandelt werden muß, um das Schaumgefüge aus einem nichtleitendem, glasigen Zustand in einen dauerhaft metallisch halbleitenden zu überführen. Ein beträchtlicher Teil kann mit thermischer Nachbehandlung nicht in einen geeigneten, halbleitenden Zustand überführt werden, ohne das Schaumgefüge in seinem optimalen Aufbau zu mindern oder zu zerstören. Bei sulfidischen, seleni­ dischen und arsenidischen Verbindungshalbleitern gibt es nur wenig schmelzbare und damit schäumbare - sie erleiden vorher ausweglos über 800/900 Grad Celsius Pyrolyse.
Mittelbares Kalt- und Warmschäumen mit organischen Lackgrundkomponenten (siehe Ansprüche 9, 10, 11, 16, 17)
Für deren Unterbringung in einer selbstleitenden Schaumstruktur, z. B. aus Polyazetylen oder in einer mit Leitfähigkeitsvermittlern (20) leitfähig gemachten, ist technisch möglich. Die Gesamtheit der verschiedenartig auswählbaren Leitfähigkeitsvermittler (20) ergibt die in den Zellwänden der Schaumstruktur verankerte, durchkontaktierende Wirkphase (26), wozu letztere hinzurechenbar ist, wenn diese elektrisch eigenleitend ist. Dotiertes Polyazetylen zeigt metallischen Leitungscharakter mit relativem Leitwert wie ihn Metalle haben. Mit Elektroden aus Polyazetylen, die in einen pastenartigen Elektrolyten aus einer Lösung von Tetra­ butylammoniumperchlorat in Propylencarbonat tauchen, sind beachtliche Beträge an Ampere­ stunden in einem neuen, metallfreien Akkumulatortyp speicherbar. Statt Folienzustand kann nun auch eine geeignete, elektrische leitende Schaumstruktur des Polyazetylens erreicht werden, die den Leitwert der durchkontaktierenden Wirkphase (26) der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsformen der Thermoschenkel (7) mit Schaumstrukturanteil erheblich verbessert.
Beste metallische Leitwerte verspricht auch eine wirkphasenverbessernde Schaumstruktur aus Polyschwefelnitrid S(n) Cl2 (mit n größer 24). Mit ansteigenden Schwefelgehalten sind die Phasen von flüssig, plastisch bis fest realisierbar und die elektrische Vorzugsrichtung dieser eindimensionalen Leiter kann mit dipolausrichtenden Nachformierungsprozessen vermittels statischer, elektrischer Felder vorgenommen werden (siehe Anspruch 15 - Nachformierung). Dies gestaltet sich für bestimmte Kettenlängen aussichtsreich, da man erst Resolzu­ stände vor weiterverkettender Polymerisation abwarten und die weiterverkettende Po­ lymerisation mit einem Nachformierungs-Regime begleiten kann.
Ein ähnlich längsverkettbarer eindimensionaler Leiter ist Polyschwefelnitrid mit metallischen Leitwerten von 1/10-6 bis 1/10-7 × Ohmcm. Die Reinform der Zusammensetzung (SN)x erlangt durch Bromdotierung den höchsten Leitwert und hat die Zusammensetzung (SNBr0,4...)x (siehe Anspruch 17).
Metallische und nichtmetallische Leitfähigkeitsvermittler (20) zur Ausbildung der durchkontaktierenden Wirkphase (26) im dichten oder geschäumten Strukturverbund (Ansprüche 4 und 6, 11, 17)
Es gibt Ansatzrezepturen für Leitlacke, die erfindungsgemäß mit einer zugefügten Treibkom­ ponente sprühfähig bevorratet und nach Austritt zu einer geschlossenzellig aufgebauten Schaumstruktur porig gebläht werden können (siehe Anspruch 16). Es liegt im Rahmen fachmännischen Handelns, die optimalen Zusammensetzungen für bestimmte Verhältnisse von elektrischem Leitwert und erzielbaren K-Werten zu ermitteln. Dabei sind baustoffmäßig analoge Härte- und Belastungsgrade in der Reihenfolge WD und WS erzielbar, wenn partiell substituierbare Polyurethan-Komponenten verbundbildend eingebracht werden. Dementsprechend sind gleichwertige K-Werte zwecks Ausschaltung leistungsmindernder Verlustwärmeströme (8) realisierbar.
Nach Anspruchsmerkmalen des Anspruchs 16 wird im Ergebnis dessen ein verfugen­ der, purschaumähnlicher, thermoelektroaktiver Leitlack (16) vorgeschlagen, der in geeigneten Anteilen geeignete Korngrößen oder/und zusätzlich armierende (evt. düsengängige) Faserbestandteile von Leitfähigkeitsvermittlern (20) enthält:
(Aluminium-, Kupfer-, Nickel-, Silberstaub, Glanzkohleflitter, Hartbrandkohlesand oder -pulver, Metalloxyde, -nitride, -boride, spezielle Ionen- und Superionenleiter oder andere geeignete - als indifferente durchkontaktierende Wirkphase (26), neben entsprechender Mengen thermoelektroaktiver Korngrößen (17) eigen- und fremdleit­ fähiger Halbleiter, Verbindungshalbleiter oder intermetallischer Verbindungen. Interessant erscheint die Einbringung stets pulverförmigen, halbleitenden, grauen alfa-Zinns in thermoelektroaktive Endzonen (34) oder Kollektorhauben (19). Es bildet sich von selbst aus reinem Zinnmetall durch die sogenannte Zinnpest, hat aber noch metallisch hohen Leitwert neben eigenentwickelbarer Thermo-EMK. Die sich selbstherstellende, thermoelektroaktive Korngröße (17) (Bandlücke 0,1 eV), tritt gleichzeitig als effizienter Leitfähigkeitsvermittler (20) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von einem Zehntausendstel Ohm/cm in Leitlacken oder Zellwandstrukturen nichtmetallischer Schäume (31) auf (siehe Anspruch 3).
Eine Mittelstellung nehmen die leitfähigkeitsvermittelnden, niederohmigen Sulfide des Kupfers und Silbers ein, wovon Ag2S ein gemischter Elektronen-Ionenleiter ist. Lithiumnitrid Li3N besitzt bei Zimmertemperatur eine hohe Ionenleitfähigkeit und ist daher in applikativer Sicht als Bestandteil der durchkontaktierenden Wirkphase und innerhalb hermetisierbarer Lackgrundverbände (26) von Interesse. Dichte oder Schaumstrukturen müßten allerdings gegen Wasser restlos versiegelt werden, da sonst Reaktion zu Ammoniak und Lauge einträte. Total resistent sind Titannitrid oder lithiumdotiertes Titandisulfid (siehe Ansprüche 3 und 17).
Alle diese Verbindungen sind geeignet in einer erhärteten/erstarrten, dichten oder auch geschäumten Lackgrundkomponente leitfähigkeitsvermittelnd zu sein. Die auch auf anderer chemischer Grundlage mögliche Leitlackgrundkomponente (bis hin zu elektrisch eigenleitender z. B. auf Polyazetylenbasis wird mit zugepreßtem Treibmittel in Vorratssprays erfindungsgemäß zur Verarbeitung angeboten (siehe An­ spruch 16). Die, nach dem Schäumen, den geschlossenzelligen Verbund bildende Lack­ grundkomponente indifferenten Schaumleitlacks (24) oder thermoelektroaktiven Schaum­ leitlacks (25) kann zwar nichtleitend, sollte aber besser wegen höherer Thermostrom­ dichten eigenleitend (Polyazetylen) sein, wobei die nichtleitende Lackgrundkomponen­ te dann mit Leitfähigkeitsvermittlern (20) zwecks Ausbildung einer durchkontaktie­ renden Wirkphase (26) ergänzt sein muß, währenddessen die eigenleitende mit diesen ergänzt sein kann (siehe Anspruch 17).
Thermoelektrische Potentialübergabe an die durchkontaktierende Wirkphase (26) und deren Arten von Ladungsträgertransport (Ansprüche 3, 9)
Die thermoelektroaktive Schaumstruktur bedarf hochwirksamer, thermoelektroaktiver Korngrößen (17) und einer guten "Partikelkontaktierung" aller Korngrößenkomponen­ ten, einschließlich der durchkontaktierenden Wirkphase (26), wenn daraus zu schnei­ dende, durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) höhere, elektrische Leistungsdichten abgeben sollen. In thermoelektroaktiven Endzonen (34) übernehmen die körperlichen thermo­ elektroaktiven Korngrößen (17) ihrerseits einen beachtlichen Anteil des Ladungsträger­ transportes. Mit ihrer Thermo-EMK beschleunigen sie diesen zusätzlich. Damit steigt die Dichte des Thermostroms (5). Um diese aufzufangen, sind Leitfähigkeitsvermittler (20) dicht umgebend, kontaktierend eingestreut. In Richtung des leitwertoptimierten Zwischenbereichs (35) übernehmen diese den gesamten Ladungsträgertransport, falls sich nicht die stoffliche Zellwandstruktur am Transport beteiligt. Soll diese besonders fest werden, dann dürfen die kaum zur Festigkeit beitragenden Wirkphasen eine prozentuale Anteilsgrenze am Gesamtauf­ bau nicht überschreiten. Dennoch können nutzerweiternd stärker belastete Dämmstoffplatten - wie Styrodur - in Schalen großflächiger Bauhüllen von extensiv thermoelektrisch wandeln­ den, dafür aber stärker statisch beanspruchbaren Flächeneinheiten thermoelektrischer Module (1) ersetzt werden. Wenn stark zu belastende Schaumstrukturen nur eine leitwertreduzierte oder sogenannte schaumgestreckte, durchkontaktierende Wirkphase (26) gestatten, dann wird über die lange Nacht extensiv gewandelt. Infolgedessen reduziert ein höherer Innen­ widerstand solch thermoelektrischer Module (1) bei längerem Wandlungszeitraum nicht deren Wirkungsgrad.
In den Zellwänden der fertigen Schaumstrukturen thermoelektroaktiver Schaumleitlacke (25) sind als indifferente, nur den Ladungsträgertransport ausschließlich oder mit übernehmende Leitfähigkeitsvermittler (20) der durchkontaktierenden Wirkphase (26) hauptsächlich Metallpulver, aber auch Metalloxyde wie zum Beispiel EisenIIIoxyd = Hammerschlag, Nitride und Boride und gegebenenfalls organische eindimensionale Leiter wie Polyazetylen, Polyschwefelnitrid, Polyschwefelchlorid und spezielle Superionenleiter in Partikelform (Größen von 1 bis 10 Mikrometer) beigefügt. Ihre "weiterreichenden" Leitungsmechanismen sind rein metallische und/oder metallische mit halbleitenden oder noch beteiligter Ionenleitung bezüglich sich direkt berührender Partikel der Leitfähigkeitsvermittler (20). Hinzu kommt ein bestimmter Anteil von Ladungsträgertransport durch die fachlich so bezeichnete Trap­ tunnelung (siehe Anspruch 9). Diese ist für Elektronen die Überwindungsmöglichkeit dünner, aber insgesamt sehr schlecht leitender bis isolierender Zonen, die in "wei­ chen" oder durch Gebrauch zu beginnender Ionenleitung übergehenden Verbän­ den langsam besser werden (Eigenformierung).
Die Traptunnelung übernimmt anfangs bei organischen Lackgrundlagen, den bereits heiß härtenden Epoxydharzen, insbesondere aber vor allem bei den frittenhaltigen, stets einen Teil des Transports der Ladungsträger. "Weichere" Strukturverbände zei­ gen nach gewisser Stromflußzeit eine leitwerterhöhende Elektromigration, d. h. ei­ nen optimierenden Wanderungseffekt von Leitbahnatomen, mit einem brückenden, einbe­ ziehenden Effekt für bislang nicht beteiligte, benachbart lokalisierte Leitbahnato­ me. In glasigen, erhärteten Verbänden fällt diese selbsttätige Leitwertoptimierung aus und kann nur aktiv während des erkaltenden, zähplastischen Gesamtverbundes im Behandlungsprogramm einer Nachformierung erzwungen und für Dauer festgelegt werden (siehe Anspruch 15). Die Traptunnelung hat demgemäß einen verschieden nachlassen­ den und oder verbleibenden Anteil in
dichten, indifferenten Leitlacken (18)
thermoelektroaktiven Leitlacken (16)
und den
indifferenten Schaumleitlacken (24)
thermoelektroaktiven Schaumleitlacken (25)
und kann erheblich ausschlaggebend werden, wenn in höher schmelzbaren Glasfritten ca. 0,1 Mikrometer dicke Glasphasen zwischen den in Ketten und Büscheln vorliegen­ den Metallpartikeln zu überwinden sind. Die Überwindungskräfte, wie auch die Fritten­ schäumtemperaturen können durch Borax-Alkaliezusatz-Soda (Natriumkarbonat) vor Pottasche (Kaliumkarbonat) verringernd eingestellt werden.
Natriumsilikatschichten werden von den Elektronen am leichtesten "durchtunnelt". Je "wasserglasähnlicher" allerdings der stützstrukturausbildende Frittenbestandteil wird, desto mehr muß die tragende Schaumstruktur von einer Versiegelungsschicht hermetisiert und umgebend gestützt werden. Dieselbe soll und kann die tragende Hüllstruktur des gesamten thermoelektrischen Moduls (1) partiell oder ganz ausmachen. Eine generelle Verbesserung der Wirkphasen auch in Glasverbänden erlauben Verfahren einer begleitenden, teils auch nachträglichen Formierung (siehe Anspruch 15).
Nachfolgend eine anteilsmäßig variierbare/ergänzbare, elektrisch hochleitende silikatische Verbund-Struktur, die zum Aufbau der erfindungsgemäßen Thermoschenkel (7) mit hohem Schaumstrukturanteil geeignet ist:
Leitsilber/Leitkupfer
Silberpuder 54,4/46,2 Cu-Pulver Höhere Borosilikatanteile verbessern die
Wismutoxyd 4,6 Borosilikat Festigkeit, geringere den Leitwert,
Kolophonium 8,3 Glaspulver 2,7 Silber kann durch Kupfer, Nickel, Aluminium
Terpentin 30,0 und nichtmetallische Leitfähigkeitsvermittler (20)
substituiert werden.
Mit einer Silberkomponente verdüster Kupferstaub oder andere geeignete Verfah­ ren ergeben auf den Kupfermetallpartikeln einen hauchdünnen, antikorrossiven Sil­ berüberzug, mit Resultat einer auf Dauer gesicherten Leitwertanhebung, die eher auf Ausschließung der Entstehung beeinträchtigender Cu2O oder anderer Übergangs­ schichten beruht.
Die Vermittlung der mit Thermo-EMK beaufschlagten Ladungsträger von und zu den thermoelektroaktiven Korngrößen (17) aus der zwischentransportierenden, durchkon­ taktierenden Wirkphase (26) findet über dieselben Leitungsmechanismen statt, wie innerhalb der durchkontaktierenden Wirkphase (26) selbst. Die erfindungsgemäße, oberbegriffliche Bezeichnung der Gesamtheit und Wirkung der in den Thermoschenkeln (7) lokalisierten, halbleitenden, Thermoströme entwickelnden thermoelektroaktiven Korngrößen (17) ist die thermoelektroaktive Wirkphase (30) (siehe Anspruch 3).
Es gibt ausnutzbare Übergangsformen von Leitfähigkeitsvermittlern (20), die ther­ moelektroaktive Potentiale mit bestimmten Partnern entwickeln, mit anderen aber in­ different bleiben. In Berücksichtigung dessen sind leitfähigkeitsvermittelnde Partikel fachmännisch zu prüfen, damit keine zufällig entstehenden entgegengeset­ zten Potentiale die Entwicklung der eigentlichen Thermo-EMK hemmen.
Halbleitende Gläser (Ansprüche 3, 15)
Eine wichtige Stellung hinsichtlich nichtmetallischer, thermoelektroaktiver Dicht- und Schaumverbunde nehmen die halbleitenden Chalkogenid-Gläser mit binären, ternären, quaternären thermoelektroaktiven Systemen aus S, Se, Te, As und Cd, Zn, Fe, Bi, Ti, Cu, Ag und solche auf der Basis einiger Übergangsmetalloxyde - wie z. B. Cu2O und Fe2O3 - ein.
Ihre Eigenschaften wurden bereits eingehend hinsichtlich ihrer Eignung zu Speicheraufgaben (Ovonics) geprüft. Hauptmerkmal der halbleitenden Gläser sind bestens steuerbare, rever­ sible, sprunghaft eintretende hoch- und niederohmige Zustände, die sie für gewisse Zeit für digitale Speicheraufgaben interessant machten.
Der hochohmig amorphe und der kristalline, niederohmig-halbleitende Zustand sind sind von außerordentlichem Interesse für die Nutzung und Beherrschung einer erfin­ dungsgemäßen, beliebig zuschaltbaren, potentialbildenden thermoelektroaktiven Wirk­ phase (30) in allen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Thermoschenkeln (7), da nur ein materialspezifischer Spannungsimpuls von n x (5 bis 50) Volt genügt, um sofort ein niederohmiges Thermoelektrikum (3) aus der amorphen Schaumglasphase eines z. B. durchgehend geschäumten Thermoschenkels (7) zu machen (siehe Anspruch 4). Diese Möglichkeit erlaubt es dem Anwender, hohe Temperaturgradienten für thermo­ elektrische Wandlung nach vorhergehenden Speicherintervallen abzuwarten und hohe Stromleistung in Betreibernetze abzugeben.
Beispiele niedrigschmelzender, glasartiger Verbundgrundkomponenten indifferenter (18) und thermoelektroaktiver Leitlacke (16) und Schaumleitlacke (24), (25) (Ansprüche 18, 15)
Statt der Polyurethan-Verbundgrundkomponente oder anderer, bis hin zum geschlos­ senzelligen Aufbau indifferenter (24) oder thermoelektroaktiver Schaumleitlacke (25) geeigneter, die sich ohne thermische Auslösung dicht oder geschlossenzellig aushär­ ten, werden im Ergebnis bisheriger Ausführungen neben den bereits bei 250 Grad Celsius heiß härtenden Epoxydverbundgrundkomponenten vorrichtungsgemäß weiter glasfrittenartige Grundkomponenten vorgeschlagen, die bekanntermaßen für Leiterbahn­ pasten einbrennbarer Leiterzüge für Hybridschaltungen auf Aluminiumoxyd- oder Berylliumoxydkeramik entwickelt wurden. Diese haben einen Glasverbund, der erweichungsmäßig durch nachstehende und/oder andere hinzufügbare Schmelzkom­ ponenten variierbar ist.
Tiefste Erweichungs-Schmelztemperaturen (340-400 Grad Celsius) zeigen sogenannte Glaslote folgender möglicher Zusammensetzung:
73,8% PbO mit 11,2% B2O3 14,3% SiO2, 0,2% Al2O3
oder 73,4% PbO mit 20,0% B2O3, 6,6% SiO2.
Leitwertoptimierung und Formierung der durchkontaktierenden Wirkphase (26) (Anspruch 15)
Für eine Glasphasenfixierung-Kontaktierung möglicherweise empfindlicher thermo­ elektroaktiver Korngrößen (17) müssen diese den schmelzphasigen Einbettungs- und Kontaktierungsprozeß ohne Beeinträchtigung überstehen. Daher sind die niedrigsten Temperaturbereiche zu wählen.
In diesem Zusammenhang wird erfindungsgemäß eine leitwertverbessernde Formierung der durchkontaktierenden Wirkphase (26), an der die thermoelektroaktiven Korngrö­ ßen (26) maßgeblich beteiligt sind, vorgeschlagen (siehe Ansprüche 15, 18). Dieselbe wird erreicht, indem die aus heißer Phase erkaltenden glas- beziehungsweise frit­ tenhaltigen, indifferenten Leitlacke (18), thermoelektroaktiven Leitlacke (16), indifferenten Schaumleitlacke (24) und thermoelektroaktiven Schaumleitlacke (25) dem Einfluß elektrischer Felder und/oder direkt angelegten elektrischen Potentia­ len, gegebenenfalls unter Einfluß bestimmter Schallfrequenzen ausgesetzt werden. Beim Erkaltungsprozeß sind gegebenenfalls Temperaturhaltebereiche zu absolvieren, bei denen aber die gewonnenen Schaumstrukturen nicht gefährdet werden dürfen.
Ohne Formierung erreichbare, ausreichend hohe Leitwerte erübrigen natürlich die­ se. Die Herstellung glasiger, elektrisch leitender Schaumstrukturen erfolgt aus:
  • - Metallpulver aus Ein- und Mehrkomponentensystemen als Leitfähigkeitsvermittler (20)
  • - Thermoelektroaktive Korngrößen (17)
  • - Glaspulver (Glasfritte), meist aus Blei-Bor-Silikat
  • - organische Flußmittel zum Einstellen der Viskosität
  • - Plastifikatoren zur Benetzung und Reinigung von gegebenenfalls einbringbaren metallischen Armierungen
  • - organische Lösungsmittel
  • - im zähflüssigen Glaszustand vergasende Treibmittel.
Nach Trocknungsvorgängen der vorgegossenen oder teigig ausgewalzten Grünschichten bei 100 bis 150 Grad werden diese zu mehrfachen Schichtdicken bei Temperaturen zwischen 350 bis 500 Grad gebläht. Da die solaren Temperaturangeboten ausgesetzten thermoelektrischen Module (1) nicht vergleichsweise den strengen Toleranzbereichen genügen müssen, wie elektronische, filigrane Hybridschaltungen auf Keramikgrundlagen, können die Frittenschmelztemperaturen durch graduierte Zusätze von Alkaliesilikat wählbar niedriger gemacht werden, was die Auswahl der Schäummittel, die Steuer­ barkeit des Schäumens, sowie Traptunnelung und beginnende Ionenleitung der in der Glasphase verankerten durchkontaktierenden Wirkphase (26) bis hin zu deren Selbst­ verbesserung beim Durchfahren höherer Arbeitstemperaturbereiche erleichtert (siehe Anspruch 18). Nach Ansprüchen 15 und 18 ist eine Aufwachsformierung (46) zumindest dichter glasphasenfixierter, großdimensionierter, thermoelektroaktiver Verbunde möglich, wenn aus der flüssigen Vorhaltephase zu ziehende, dünne Filme mit anisotropen thermoelektroaktiven Korngrößen (17) Sekunden vor ihrem erstarrendem Aufwickeln auf ein tiefer temperiertes Großvolumen, durch ein starkes, den zähflüssigen Glasfilm durchdringendes elektrisches Feld in die thermoelektrische Vorzugsrichtung polari­ siert werden.
Der Schäumer (33) kann ein im geeigneten Temperaturbereich ohne Rückstände ver­ gasendes Salz oder organischer Stoff - gegebenenfalls mit definiertem Kohlen­ stoffgerüstrückstand - sein. Die verbleibende, sich in die Schaumstruktur integrie­ rende Kohlenstoffgerüstkomponente kann als zusätzlicher Leitfähigkeitsvermittler (20) fungieren und den Innenwiderstand der thermoelektrischen Reihenschaltung weiter senken (siehe Anspruch 4).
Thermische Stabilitäten verfügbarer, insbesondere bergmännisch gewinnbarer, halbleitender Verbindungen für Kristallscheiben und thermoelektroaktive Korn­ größen (17) (Ansprüche 3, 15); preiswerte einfach synthetisierbare Thermoelektrika (3)
Die Auswahl der thermoelektroaktiven Korngrößen (17) muß in Übereinstimmung mit den Frittenschäumtemperaturen erfolgen. Es müssen die beginnenden, kristallgit­ terangreifenden Tempertemperaturbereiche der natürlichen oder synthetischen Verbindungshalbleiter berücksichtigt werden. So orientiert sich Pyrit ab 400 Grad Celsius kristallin neu, und bis 550 Grad Celsius finden grundlegend kristall­ verändernde Tempervorgänge statt. Über 550 Grad Celsius disproportioniert es in Pyrrothin und Schwefel (siehe Dampfphasentransport in Anspruch 15). Es gibt noch hunderte, als Thermoelektrika (3) geeignete Pyritkristallstrukturen gleicher Gitter­ konstanten mit anderen beteiligten Elementen, von denen einige noch höhere Tempe­ raturbeständigkeiten aufweisen, die sich beim kurzzeitigen Heißschäumen von Frit­ ten auf Bor-Bleisilikatgrundlage hinreichend antikorrossiv verhalten und bezüg­ lich ihrer Thermokräfte nicht abstumpfen. Als echte chemische Bindungspartner für silikatische binäre, ternäre und quaternäre Komplexe treten nachfolgend genannte Bindungspartner teils auch auf in halbleitenden Gläsern (Anspruch 15). Mit FeS2 als Thermopaarung und unter sich selbst sind folgende Partner möglich, mit ver­ schiedentlich vorhandenen, herauszufindenden Eignungen für Einbettung in einer Glasphase:
MA2 MAA" MAB MAM"BA2 MB2 MBB"
wobei M und M" als Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt, Kadmium, Zink, Ruthenium, Mangan, Quecksilber, Osmium auftreten,
wobei A und A" als Schwefel, Selen, Tellur auftreten,
wobei B und B" als Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut auftreten,
wobei Blei, Zinn und Silber für sich und mit anderen metallischen Partnern ebenso zu halbleitenden, jedoch veränderten Kristallgittern führen.
Beispiele relativer Thermospannungen in verschiedenen Temperaturbereichen:
Insgesamt gilt es für alle Thermoelektrika (3) zu beachten, daß bei allen thermischen- und Schäumprozessen während des Prozeßverlaufs Kristallaufbau und Oberflächen­ kontaktierbarkeit der thermoelektroaktiven Korngrößen (17) erst über dem Heißschäumtemperaturniveau beeinträchtigbar sind, damit sie hinsichtlich der Entwick­ lung der Thermo-EMK nicht abstumpfen.
Zur Beherrschung des technologischen Regimes bestehen hierzu allerdings übergrei­ fende Erfahrungswerte aus den Ergebnissen von Einbrenntechnologien der Widerstands­ pastensysteme für Dickschichtwiderstände, Leitbahndickschichtpastensysteme und Leitklebern.
Bezüglich beginnender pyrolytischer Zersetzungsgefahr bestehen übergreifende Erkenntnisse aus der Emaillebranche, wo bei weit höheren Temperaturen farbgebende - eigentlich empfindlichere - Verbindungshalbleiter bei hohen Temperaturen in einem Frittenverbund eingelagert werden, wie z. B. das Cadmiumselenid, das karminrote Deckemaillen ergibt - bei immerhin 700-800 Grad Celsius Einbrenntemperatur. Beim Heißschäumen frittenhaltiger, thermoelektroaktiver Schaumleitlacke (25) werden lediglich bei Temperaturen über 350 Grad Celsius Leitfähigkeitsvermittler (20) und thermoelektroaktive Korngrößen (17) homogen in den Porenwänden der geschlossenzelli­ gen Schaumstruktur lokalisiert und kontaktiert (siehe Anspruch 18). Nach Erkalten der Heißschäume können diese geschnitten werden.
Bei um 100 Grad Celsius geringeren Temperaturen gestattet sich das Schäumen von Epoxydharzen, die mit einer durchkontaktierenden Wirkphase (26) aus Nickelpulver oder Silberpulver bereits jahrzehntelang als dichte Leitkleber in der Elektronik Verwendung finden. Titannitrid ist ein kostengünstig herstellbarer, goldgelber bis bron­ zefarbener Leitfähigkeitsvermittler (20) mit erheblichem elektrischen Leitwert und höchster chemischer Resistenz (siehe Anspruch 3). Es kann als dominierende, durch­ kontaktierende Wirkphase (26) in Lackengrundkomponenten, Duro-, Thermoplast-, Epoxydharz- und Frittenverbänden, faktisch beginnend von Normaltemperaturbereichen bis in Heißtemperaturbereiche hinein (bis 800 Grad Celsius) gleichermaßen verwendet werden. Bedingung ist die Abwesenheit länger einwirkenden überhitzten Wasserdampfes oder freier Ätzalkalien bei heißen Abbinde- oder Blähvorgängen.
Die komponentendifferenzierte Schäumung (27) (Anspruch 11)
Die sparendste Methode für den Verbrauch von Thermoelektrika (3), bei einer mögli­ chen elektrischen Leitwertanhebung, ist die eines gemeinsamen Schäumens von ober­ flächennahen Zonen anteilsüberwiegender, thermoelektroaktiver Korngrößen (17) unter ausschließlicher Beteiligung der Leitfähigkeitsvermittler (18) am übrigen, insbe­ sondere mittigen, Schichtdickenaufbau (siehe Anspruch 11). Hierzu werden entspre­ chende pasten- oder teigförmige Konsistenzen mit differenzierten Wirkphasenantei­ len schichtig aufeinandergebracht und gemeinsam geschäumt. Ergebnis ist ein durchge­ hender, geschlossenzelliger Verbund mit vornehmlich ober- und unterseitig vorhandener thermoelektroaktiver Wirkphase (30). Geeignet sind hierzu speziell modifizierte Leitkleber, leitwertoptimierte Widerstandspastensysteme oder Leitbahndickschichtpaste. Es bietet sich an, eine komponentendifferenzierte Schäumung (27) mit einer dichte­ differenzierten Schäumung (23) zu vereinen (alle Anspruchsmerkmale und Anwendungen siehe Ansprüche 4, 8, 11, 12, 13).
Die übereinander zu bringenden Pasten- oder Teiglagen der insgesamt zu blähenden Grünlingsschicht müssen sich vorher kalt benetzen, um in heißer Phase gemeinsame, ineinander übergehende Zellwände ausbilden. Im Ergebnis solcher schichtenweiser Differenzierung sind beim Zerschnitt sofort integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) verfügbar, die mit einer thermisch eintragenden, indifferenten Kollektorhaube (15) mit thermisch zusätzlich gut durchkontaktierender Wirkphase (26) kontaktiert werden können (siehe Anspruch 5) oder mit Kontaktankerkrallen (22) (siehe Fgur 4). Neben dieser stabförmigen Ausführungsform sind in einer zweiten Variante abgewinkelte bzw. bogige Ausbildung der Enden der integrierten Aktiv-Passiv-Thermoschenkelenden sowie zu Reihenschaltungen fügende und thermisch eintragende verkittende Profilkontaktierung (39) und Leitprofilkontaktierung (40) vorgesehen (siehe Fig. 3b). Damit ist deren unmittelbare, hinführende p/n- und n/p-Kontaktierung zur Realisierung thermoaktiver Übergänge (13) konstruktiv sichergestellt. Beim Zusammenbau thermo­ elektrischer Module (1) werden jeweils dichte p- oder n-leitende thermoelektroaktive Leitlacke (16) auf die Übergangsflächen in geeigneter Schichtdicke aufgetragen und diese anschließend bis bis zur Aushärtung aufeinander gepreßt.
Aspekte zur stofflichen Auswahl intermetallischer thermoelektroaktive Korngrößen (17)
Die auffälligste Eigenschaft intermetallischer Verbindungen ist die Sprödigkeit, die ihrer sonstigen technischen Verwendung entgegensteht. Insofern sind bei den für Thermoelektrika (3) zuständigen zintischen, insbesondere Grimm - Sommerfeldschen Phasen nur bei einigen Zerschnitte für diskrete Aktivschenkelteile ohne Bruchgefahr möglich (ZNSb). Bei einer Reihe wichtiger Thermoelektrika (3) konnte die Sprödigkeit gemildert werden und bei anderen nicht. Erfindungsgemäß können auch letztere zur Ausbildung einer thermoelektroaktiven Wirkphase (30) herangezogen werden. Materialveredelnde Prozesse entfallen dabei ganz. Der durchweg metallische elektrische Leitwert berechtigt zum Aufbau schaumgestreckter, thermoelektro­ aktiver Wirkphasen (30), die kaum mit durchkontaktierenden Wirkphasen (26) leitwertgestützt werden müssen.
Geeignete thermoelektroaktive Korngrößen (17) verfügbarer, intermetallischer Verbin­ dungen mit geeigneter Anzahl und Beweglichkeit von Ladungsträgern sind - neben hier nicht genannten - Kadmiumantimonid CdSb (400 Mikrovolt/Grad Kelvin), Magnesium­ stannid Mg2Sn (270 Mikrovolt/Grad Kelvin), Zinkantimonid SbZn (220 . . . 300) Mikro­ volt/Grad Kelvin). Die Angaben sind relative Thermokräfte der stöchiometrisch her­ stellbaren Grundsubstanzen, welche durch geeignete Dotierungen noch wesentlich stei­ gerbar sind (Prägung von p-Typ und n-Typ). Weiterhin gibt es durch bergmännischen Abbau gewinnbare Verbindungshalbleiter des Zinkblendetyps. Für ihre Verwendung in thermoelektrischen Anordnungen sind auch nur grobe, mechanische Reinigungsvor­ gänge oder Selektierungen von Kristalltypen erforderlich, da ja keine geeichten mikroelektronischen Chips, sondern ohnehin nur stets stromlieferungsschwankende thermoelektrische Anordnungen entstehen.
Beschaffungskosten und technischer Aufwand für natürliche Thermoelektrika (3) in Thermoschenkeln (7) mit Schaumstrukturanteil
Die Kosten für Kristallzerschnitt - insbesondere für Zerteilungsvorgänge - sind niedrig. Thermoelektroaktive Korngrößen (17) gelangen zusammen mit indifferenten Leitlackkomponenten in Mischtrommeln, wo Benetzung bis zur pastenartigen Konsistenz erfolgt. Lufthärtende, thermoelektroaktive Pasten können abgefüllt und bevor­ ratet werden.
Es entspricht den geschehenen Vorgängen und Tatbeständen, daß die weltweite historische und gegenwärtige Bleigewinnung zum größten Teil aus Galenit (Bleiglanz) erfolgt(e), derzeit sich die Kfz-Bleialtbatterien landesweit häufen, jedoch für eine installierte, thermoelektrische Leistung von 1 KW nicht einmal 10 kg "Bleierz" benötigt werden. Das chemisch reine Akkumulatorenblei eignet sich mit Schwefel zur großtechnischen, hydrothermalen Direkt­ synthese von Galenit (Bleisulfid).
Der messing-goldglänzende Pyrit wurde eine gewisse Zeit für die Produktion von Transistoren benutzt und erscheint mit ausreichenden Eigenschaften interessant für optoelektronische Anwendungen.
Unspaltbar und hart, jedoch in seiner naturellen Vorkommensweise in dünne Schei­ ben zerschneidbar, kann er sofort zur thermoelektrischen Paarung mit dem ebenso verarbeitbaren Chalkopyrit oder anderen natürlichen oder synthetischen Thermoelek­ trika (3) verwendet werden. Der selbst synthetisch zugängliche Pyrit bedarf aller­ dings - ähnlich wie Silizium - komplizierter, energieaufwendiger Kristallaufzucht, die nur wesentlich kleinere Kristalle liefert. Die Verschwendung natürlichen Pyrits (SO2- umweltbelastender Röstprozess zu FE2O3-Herstellung) und der anderen hocheffizienten Verbindungshalbleiter ist nicht mehr gerechtfertigt.
Ausrichten ausgeprägt anisotroper Thermoelektrika (3) in die thermoelektrische Vor­ zugsrichtung (Anspruch 15)
Zumeist sind bei den aus Erzvorkommen selektierbaren Verbindungshalbleitern vor­ nehmlich die kristallinen Formen - und von denen bevorzugt die kubisch kristallisierenden, isotropen (ohne thermoelektrische Vorzugsrichtung) - am besten verwendbar. Isotrope Eigenschaft bedeutet: Keine Vorzugsrichtung für physikalische Effekte). So bringt ein spezifisch gleich gut kontaktierter Übergang mit feinkörnigerem, oktaedrischem Galenit (PbS = Bleiglanz) nur einen Teil des Thermostroms, wie eine richtig an einem Einkristall in Vorzugsrichtung ausgewählte, gleichgroße Fläche, die sich in Flächenkontaktierung zu einem Metall, Verbindungshalbleiter oder anderem Thermoelektrikum (3) befindet. Hingegen zeigen sogar große Pyritwürfel (mit z. B. 5 cm Kan­ tenlänge) an jedem Punkt ihrer Flächen - und sogar über die längste Eckpunktverbin­ dung - hohen Leitwert und gleiche differentielle Thermokräfte. Insofern bleiben schonend aus ihm bereitete Korngrößen stets kubisch kristallisiertes Pyritgranu­ lat oder -pulver (auch in verteiltem Zustand). Anisotropie ist graduell ausgeprägt. So erbringen "ungeordnet" verteilte schwächer anisotrope thermoelektroaktive Korn­ größen (17) höhere Thermoströme als "ungeordnet" verteilte stärker anisotrope.
In Tabellenbüchern begnügt man sich bei der Angabe von Thermospannungswerten für nichtkubische Systeme mit der Angabe der Werte für einen Temperaturgradienten senkrecht oder parallel zur kristallographischen Achse. Ein eindeutiger Anisotro­ pieeinfluß läßt sich bei Antimon, Cadmium und Wismut feststellen.
Bleiglanz ist auch erheblich anisotrop und wird in dichten oder Schaumstrukturen mit geeigneten Feldern während des Erhärtens oder Erkaltens begleitend nachfor­ miert, indem oberflächenlokalisierte Dipole eines Galenitpartikels diesem gesamt­ körperlich eine ausrichtende Bewegungskomponente entsprechend der Felddurchflu­ tung zwingend mitteilen. Es liegt im Rahmen fachmännischen Handelns, die Schicht­ dicken der zähen Lack- oder Glasphasen für ausreichenden Felddurchgriff zu er­ mitteln. Es können statische Hochspannungsfelder oder solche sein, die noch mit einer niederfrequenten Feldkomponente überlagert sind. Bei ferromagnetischen Kri­ stallen tun dies auch Permanentmagnetfelder. So läßt sich Pyrit durch ein Permanent­ magnetfeld über zwischenzeitlich entstehendes Pyrrothin statistisch ausrichten (siehe Anspruch 15, Dampfphasentransport).
Beim Zerkleinern bringen zerreißende, ultraschnell und hart einwirkende Prall- oder Schlagmühlen meist eigenschaftszerstörende Gitterdefekte oder Triboeffekte ein, die umso mehr leistungsmindernd wirken, je feiner die Korngrößen sind. Allerdings können Gitterdefekte die elektrische Leitfähigkeit halbleitender Ver­ bindungen wiederum erhöhen. Im Ergebnis der Beachtung solcher verarbeitungstech­ nischer Aspekte sind mehrheitlich bergmännisch abbaubare, zahlreiche, hydrother­ mal kristallisierte Verbindungshalbleiter für solare Temperaturbereiche als thermoelektroaktive Korngrößen (17) in thermoelektroaktiven Leitlacken (16) oder thermoelektroaktiven Schaumleitlacken (25) in einfacher Weise zur regene­ rativen Energiegewinnung geeignet (siehe Anspruch 15, Formierung).
Einfache, aber effiziente Möglichkeiten steigerbarer, differentieller Thermo­ kräfte durch Defekt- und Überschußbehandlung und Störstellendotierungen
Bleiglanz und Pyrit sind weiterhin mit sich selbst in Homojunktion als hocheffi­ ziente, thermoelektrische Paarung möglich. Die Art und Dichte der für zu erzeugende Thermoströme notwendigen Ladungsträger läßt sich bei Bleiglanz PbS zwischen ca. plus 700 Mikrovolt (Defektleiter) und minus 500 Mikrovolt (Überschußleiter) pro Grad Kelvin einstellen. Hierzu kann der Galenit = PbS nach Schwefelbehandlung als sogenannter Defekthalbleiter oder vermittels entziehender Vakuumbehandlung als Überschußhalbleiter ausgebildet werden.
Eine Thermopaarung beider ist für solare Temperaturangebote bestens geeignet und erbringt schon bei 100 Grad Celsius Temperaturgradient 120 Millivolt Thermo­ spannung, das heißt, eine Hintereinanderschaltung von 100 thermoelektrischen Einzelelementen erbringt schon Leerlaufspannungen von 12 Volt. Für kräftige Ther­ moströme ist der Eigenleitwert hoch genug, wobei eine ausreichende Flächenkon­ taktierung z. B. mit Leitgummi (37) oder Leitlack wichtig ist. Die anlegbaren Temperaturen liegen über der obersten Temperaturgrenze nichtfokussierender, wohl aber mit Wärme­ fallenvorrichtungen arbeitender thermaler Solartechnik.
Die teuren, zinnbleigelöteten, normal bis 60 Grad Celsius dauerbelastbaren Thermo­ elektrika (3) der Wismuttelluridreihe erbringen mit 264 Hintereinanderschaltungen weit weniger (Versuchsmessung) als einem jeweils gleichem Temperaturgradienten aus­ gesetzten "naturreinen" Bleiglanzkristalle. Ihr Vorteil liegt begründet in Lötbarkeit (nach Vorbehandlung) und einer großen Festigkeit. Die Spaltbarkeit und geringere Härte des Bleiglanzes lassen diskrete Kristallscheiben erst ab einer bestimmten Größe zu. Pyrit ist ausreichend hart. Er kann ebenfalls als Überschuß- oder Defekthalbleiter für Homojunktionen ausgebildet werden. Die Naturformen besitzen zwar voneinander abweichende, aber stets noch ausreichend und viel höhere Werte an differentieller Thermokraft, als die besten als Thermoelektrikum (3) verwendeten Metalle. Dabei ist positiv davon auszugehen, daß große Mengen an einem Fundort gewonnener Verbindungshalbleiter relativ konstante Werte aufweisen. Für die Reihenschaltung unterschiedlich Thermospannung liefernder thermoelektrischer Einzelelemente hinsichtlich einer Gleichstromausgangsleistung ist dies ohne Belang, da die Spannungen und Ströme sowieso temperaturabhängig schwanken.
Direktschäumung nichtmetallischer Thermoelektrika (3) (Ansprüche 9, 15)
Wenn das Halbmetall Selen in geschäumter Form nach Absolvierung von Temperaturhal­ tebereichen über 72 Grad Celsius in die schwarze, metallische Form gebracht wird, ergibt sich ein hochaktives Thermoelektrikum mit differentiellen Thermokräften bis ca. 700 Mikrovolt pro Grad Celsius in einem Bereich bis knapp 200 Grad Celsius. Die Temperaturbeständigkeiten lassen sich von herkömmlichen Selengleichrichtern ableiten. Geschäumtes, nachträglich in hexagonal rekristallisierte (schwarze) Form gebrach­ tes, metallisches Selen weist schaumglasähnliche Festigkeit und ähnliche Wärmedämmwerte wie Polyurethanhartschaum oder Styrudor auf und in dichter Form bei 239 Grad Kelvin eine vergleichbare elektrische Leitfähigkeit von 8 MS/m etwa wie das Metall Chrom (7,8 MS/m) auf. Mit dem Eigenlei­ tungshalbleiter Selen sind nach leicht vollziehbarer (weil in die Schmelze einbring­ barer) Dotierung viele effektive, thermoelektrische Paarungen möglich. Geeignete Do­ tierungen erbringen bei dem Elementhalbleiter Selen eine zusätzliche Fremdleitfähig­ keitskomponente und bei Belichtung die tausendfache Leitfähigkeit des undotierten Se­ lens.
Die thermoelektroaktive Kollektorhaube (19) - nutzbringende Applikation für Aktivschenkelteile (2) mit halbleitenden Abfällen aus Halbleiter produzieren­ den und verarbeitenden Branchen (6)
Mit der Applikation der thermoelektroaktiven Kollektorhaube (19) bieten sich bedeutende Möglichkeiten, verschiedene, stoffgleiche, halbleitenden Abfallkorngrößenklassen der Halbleiterindustrie zu nutzen. Beginnend mit Abfällen bei Extrahieren gezüchteter Kristalle, der Scheibenherstellung und deren Zerschnitt, bis hin zu Abfällen der Solarzellenproduktion oder Chipherstellung können Fraktionen getrennt und zur Herstellung dieser Art von Aktiv­ schenkelteilen (2) genutzt werden (siehe Anspruch 6).
Was für die Zwischen- oder Endprodukte der Mikroelektronik überdotiert wurde, außerhalb zulässiger Meßtoleranzen liegt oder bei der Weiterverarbeitung zu verunreinigendem Bruch geht, wie der Verschnitt polykristallinen oder monokristallinen Siliziums bei der Solarzellenproduktion - all dies ist für thermoelektroaktive Korngrößen (17) bestens ge­ eignet. Auch die anlaufende Tripel-Solarzellenproduktion bietet wertvolle Abfallraten an Galliumindiumarsenid, Galliumindiumarsenophosid, (GaInAs), GaInAsP, Indiumphospid (InP), oder andere für die monolithische Tandemsolarzellenproduktion geeignete Verbindungs­ halbleiter. Was photovoltaischen Anforderungen genügt oder nicht mehr - all das ist mehrheitlich noch zur Erzeugung von thermoelektrischen Potentialen geeignet. Mit granuliertem, dichtem metallischem Selen, Randverlusten bei der Siliziumschei­ benherstellung oder vornehmlich dotiertem kristallinem, gegebenenfalls aus alumino­ thermisch gewonnenen Silizium (siehe Anspruch 19), vorerwähnten synthetischen oder bergmännisch gewonnenen Verbindungshalbleitern als kontaktierbare thermoelek­ troaktive Korngröße (17) in einer elektrisch leitfähigen Einbettung sind preiswert thermoelektroaktive Kollektorhauben (19) auf geschäumten Passivschenkelteilen (4) formschlüssig - erhärtend für flächenhaften Dauerkontakt aufbringbar. Als Einbet­ tungsmasse für alle thermoelektroaktive Korngrößen dient indifferenter Leitlack (18), wobei eine eigenleitende Lackgrundkomponente von Vorteil ist.
In dieser Art und Weise aufgebaute thermoelektroaktive Kollektorhauben (19) werden so funktional zu elektrisch leitend aufkittbaren Aktivschenkelteilen (2).
Diese sind nun eine voluminöse bis dünnschichtige Aushärtung eines thermoelek­ troaktiven Leitlacks (16) wie zuvor beschrieben.
Als thermoelektroaktive Korngrößen (17) sind alle sich im Leitlackverbund antikor­ rossiv verhaltenden Thermoelektrika (3) geeignet. Hierzu eignen sich viele Thermo­ elektrika (3), da es hermetisierende, indifferente Leitlacke (18) als Ausgangsbasis gibt. Auf diese Weise können thermoelektrische Paarungen mit sehr hohen differen­ tiellen Thermokräften realisiert werden - von 400 bis 1200 Mikrovolt pro Grad Kelvin. Thermokräfte, die im Falle freibewitterter Thermoelektrika (3) - zum Beispiel zwischen Silizium und Blei, Tellur, Selen, Siliziumkarbid, Platin, Kohlenstoff, Borkarbid und Konstantan bald abstumpfen würden. Siliziumkarbid kann mit Dotierung über einen Bereich von 7 Zehnerpotenzen hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähig­ keit bis hin zu relativ niederohmigen Werten verändert und so für thermoelektrische Anordnungen geeignet gemacht werden.
Auf geschäumte Passivschenkelteile (4) können auch porig eindringende, sich verankernde, nach dem Abbinden elastisch, gummiartige Formen von thermoelek­ troaktiven Kollektorhauben (19) als Aktivschenkelteil kontaktierend aufgebracht werden. In solcher Form ausgeführte Aktivschenkelteile (2) sind dichte, gra­ duell von weich anschmiegender, bis zu harter Konsistenz mögliche, abbindende Verbunde aus Lackgrundkomponenten von vorher flüssigen, vernetzbaren Polyiso­ zyanaten und Polyolen oder bei der Abbindung trimerisierender Polyisozyanate. Die verschiedenen Schäumungsgraden hinzufügbare Eigenschaft gradueller Elasti­ zität macht die PUR-Lackgrundkomponente nach Versatz mit Wirkphasenanteilen für jede Art der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ihermoschenkel (7) mit Schaum­ strukturanteil zu einer der wichtigsten. Wichtig ist hierbei zu wissen, daß flä­ chenhaft groß dimensionierte, thermoelektrische Wandlereinheiten mit schaumge­ streckten Wirkphasen bei nichteigenleitender Lackgrundkomponente, mit infolge­ dessen geringeren spezifischen Thermostromdichten dennoch beeindruckende elek­ trische Leistungen im hohen Wirkungsgradbereich liefern können. Es können alle vorgenannten halbleitenden und die intermetallischen Verbindungen mit ihren an­ nähernd, hohen metallischen Leitwerten, befriedigenden bis hohen differentiellen Thermokräften in einen elektrisch leitenden, weichelastischen bis schaumstoffar­ tigen, verfugenden Verbund gebracht werden, der beste Verarbeitungschancen für großflächige thermoelektrische Module (1) in Schalen von Bauhüllen besitzt.
Es können nämlich die thermoelektroaktiven Leitlacke (16), die zur aufbauenden, funktionalen Gestaltung jedes einzelnen thermoelektrischen Einzelelementes (6) notwendig sind, durch chemisch andockende Normal-PUR-Lacke vorteilhaft ein­ gebunden werden.
Hochtemperaturschäumung von Magnetit (Anspruch 10)
Beste Eignung zum Schäumen (über 1500 Grad Celsius) hat der als Thermoelektrikum (3) einsetzbare Verbindungshalbleiter Fe3O4, der in geschäumter Form leicht wird und hoch feuerfest bleibt. Sein Einsatz gestaltet sich kostengünstig (siehe Anspruch 10). Schon als Erz hat er erhebliche Stromleitfähigkeit (0,005 Ohmcm), ist so hart wie Pyrit (Härte nach Mohs 5,5-6,5) und außerdem rein und konzentriert gewinnbar z. B. aus dem stark exothermen Abbrand von Eisendrehspänen. Fe3O4 ist entstehendes Oxydations- und Abfallprodukt jeder Glühbehandlung von Stahl und Eisen.
Bereits gegen Kupferdünnschichten entwickelt er 5,5 Millivolt, gegen andere Verbin­ dungshalbleiter über 12 Millivolt pro 100 Grad Celsius Temperaturunterschied. Er ist p- und n-dotierbar, mit Spitzenwerten von +12 Millivolt und -12 Millivolt bei 100 Grad Celsius Temperaturunterschied, das heißt 24 Millivolt in einer Homo­ junktion. Seine Leitfähigkeit ist für thermoelektrische Anwendungen ausgezeichnet, ebenso die granitähnliche Feuerfestigkeit und Unverwitterbarkeit. Die thermoelek­ trische Paarung mit sulfidischen, selenidischen, arsenidischen anderen, als Erz abbaubaren Verbindungshalbleitern ist möglich. Die Festigkeit durchgehend geschäum­ ter Thermoschenkel (11) oder integrierter Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) reicht an die von Schlackepflastersteinen heran, was eine tragende und trittfeste Verwendung unter sonnenaufheizbaren Bitumendecken ermöglicht.
Verfestigende und leitwertoptimierende Armierungen in tragenden Schaumstruktur­ verbänden (Anspruch 10)
Es können zusätzlich dünne, elektrisch leitfähigkeitsvermittelnde, zugleich mechanisch verfestigende, faserhafte Armierungen mit hohem funktionalem Anteil, aber kaum wärme­ dämmsenkender Wirkung in den strukturellen Längsaufbau großdimensionierter integrierter Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) oder durchgehend geschäumter Thermo­ schenkel (11) eingebracht werden. Zum Beispiel hochfeste Karbonfasern (siehe Anspruch 10).
Selen kann in amorpher Phase geschäumt werden und oberhalb 72 Grad Celsius thermisch bei bis zur 200 Grad Celsius beständigen, schwarzen, metallischen Form dauerhaft formiert werden (siehe Anspruch 15).
Die Festigkeit des thermoelektroaktiven Schaumstrukturverbandes wird mit Armierungen aus selenversetztem, halbleitendem Glasfasern erreicht. Eine Sonderform eines sich selbst armierenden, schaumstrukturähnlichen Verbundes bilden wärmedämmende, aber stromleitende, porige Korngrößen, etwa Hartholzkohlen- oder Koksgranulate, die umschichtet sind mit schwarzem Selen oder anderen verflüssigbaren Thermoelektrika (3) und deren vorherige, poreneindringende Oberflächeninkrustierung durch Benetzen mit der flüssigen Phase in Mischtrommeln stattfand und dann nachträglich in die kristallograp­ hisch metallische Form überführt wurde (siehe Anspruch 4).
Die Inkrustierung der Thermoelektrika kann vor der Erstarrung auf den noch freien Partikeln vor ihrer Kontaktsinterung (45) in thermoelektrische Vorzugsrichtung polarisiert worden sein - parallel mit der Einbringung eines ferromagnetischen Subpartikels (44) an einem Punkt der Kruste. Dabei werden die thermoelektrische Vorzugsrichtung und das ferromagnetische Subpartikel (44) in der Weise mit gleichzeitig einwirkenden magnetischen und elektrischen Feldkomponenten zueinander geordnet, daß eine später vorzunehmende Orientierung vor Kontaktsinterung (45) nur mit der leichter realisierbaren, zumeist durchgreifenderen magnetischen Feldkomponente möglich ist (siehe Anspruch 15). Bei der begleitenden Formierung können zumindest die dichten Aufbauten thermoelektroaktiver Kollektorhauben (19) und die ähnlicher in der Weise erzeugt werden, daß die beaufschlagenden, polarisierenden Felder nur die aus einer schmalen Schlitzdüse austretenden, zähen Schichtdicken der Grünlingsansätze zu durchdringen haben. In Erweiterung dessen können die austretenden, monomeren Bänder mit alternierender 90 Grad- Kippung endlos zu einem voluminösen Stapel geschichtet werden, der durch periodische Durchflutung jeder neu aufgelegten Lage eine vollständige Richtcharakteristik erhält, die durch parallel sofort nachsetzende Dosierungen von Ultraviolett- oder Blaulichtlaserstrahlen photopolymerisiert werden. Statt der Stapelschichtung kann nach Anspruch 15 auch die Aufwicklung eines Glasbandes auf einen auskühlenden, langgestreckten Wickel mit periodischer Photopolymerisierung erfolgen.
Metallsinterung oder Metallschäumung
Einen breiten Raum nehmen metallische Schäume (10) bei der Herstellung der erfin­ dungsgemäßen neuen Ihermoschenkel (7) ein, da sie hohe elektrische Leitwerte haben und das Erfordernis der technologischen Beherrschung der Ladungsträgerübermittlung zwischen thermoelektroaktiver - (30) und durchkontaktierender Wirkphase (26) wie in nichtmetallischen Schaumstrukturen notwendig - wegfällt. Sie können in Se­ kundenschnelle hergestellt und danach beliebig lange gelagert werden. Der neuzeit­ lichen Metallschäumung stehen die seit langem ausgereiften pulvermetallurgischen Sinterverfahren gegenüber, die möglicherweise für demgemäß strukturierte Ther­ moschenkel (7) infrage kämen.
Bestimmte Regimes steuerbarer, beginnendender Metallsinterung oder vorgesinterter poröser Granulate mit aufgebrachten Metallhäuten/schichten können zu einigermaßen brauchbaren großporigen Strukturen im Aufbau von Thermoschenkeln (7) führen, die bei unwesentlicher Minderung elektrischer Leitfähigkeit wesentlich erhöhte Wär­ medämmung und spürbare Gewichtsersparnis zeigen (siehe Anspruch 4, oberflächenin­ krustierte, vorgeblähte Partikel). Zum elektrisch kontaktierenden Zusammenbacken - bezeichnet als Kontaktsinterung (45) - einer thermoelektroaktiven Oberflächenschicht können indes die vorgeblähten Partikel in Mischertrommeln erst mit einer dünnviskosen Paste aus indifferentem Leitlack (18) beschichtet werden und nach Trocknung/Aushärtung nochmals mit einer Schicht thermoelektroaktivem Leitlacks (16) umgeben werden. Analoge, ausgereifte Verfahren mit Verarbeitung gleicher Konsistenzen bietet die Pyrotechnik an, wo statt indifferenter (18) und thermoelektroaktiver Leitlacke (16) ähnliche Ansatzkonsistenzen für Schwarzpulverrinden auf Sterntabletten und -kugeln aufgebaut werden. Dies wäre eine spezielle Form der Sinterung mit thermoaktivem Erfolg und hohem K-Wert.
Betreffs Ergebnisbewertung zur Gestaltung von durchgehenden Thermoschenkeln (7) aus Sinterqualitäten noch nie so verarbeiteter Metalle/Legierungen/intermetallischer Phasen/eigenleitender Elementhalbleiter/Verbindungshalbleiter leitet sich ein wettmachender Erkenntnisstand aus pulvermetallurgischen Verfahren der Herstellung von Thermoelektrika (3) ab. Hier werden schon länger differenzierteste Herstel­ lungstechnologien für Sinterverbunde für thermoelektrische Anwendungen beherrscht. Die Ergebnisse besagen, daß auch höchste Thermo-EMK bislang nicht richtig aus­ nutzbar sind, weil Sinterverbunde von Thermoschenkeln stets hohe Beträge an Ver­ lustwärmeströmen (8) durchlassen.
Es gibt zwar die beisteuernde Phonon-Drag-Komponente der Gesamtthermo-EMK, wonach die Phononenbewegung des Verlustwärmestroms (8) vom heißen zum kalten Ende Elektronen mitreißt, aber dieser hinzuaddierbare Anteil berechnet sich bereits bei Zimmertemperatur zu: Thermokraftanteil der Phonon-Drag-Komponente ist e = proportional 1/T.
Pulvermetallurgische Verfahren für Reinmetalle lassen demnach erstens keine notwendig hohen Wärmedämmungen erwarten, um mit den relativ geringen Thermo-EMK leistungs­ starke thermoelektrische Module (1) bauen zu können und zweitens beeinträchtigt Sinterung durch ihre Korngrenzendefekte den hohen metallischen Leitwert, der den erhöhten Reihenschaltungsaufwand wettmachen soll. Da die Verursachung letzterer dem Verständnis des Wesens thermoelektrischer Wirkmechanismen und der Erkenntnis über Vorteile alternativ einbringbarer Schaumstrukturen dienlich ist, sei nachfolgend darauf eingegangen.
Insbesondere für die Thermoelektrika (3) der in Niedertemperaturbereichen stattfin­ denden thermoelektrischen Wandlung wurden für die Komponentenvermahlung, Pressung und Sinterung bezüglich der durchgehenden Gestaltung von Thermoschenkeln (7) der Wismut-Antimon-Bleitellurid-Reihen nach Stand der Technik detaillierte Erkenntnisse gewonnen (siehe oben), wie auch für Mittel- und Hochtemperatur-Thermoelektrika (3), die für nichtfokussierende, thermale Solartechnik weniger in Frage kommen.
Welche vergleichenden und positiven Aspekte ergeben sich für das Schäumen? Ganz abgesehen von minimalem Energieaufwand für das kurzzeitige Schäumen, im Vergleich zu solchem für das mehrere Stunden dauernde Sintern von Metallen, sind erhebliche qualitative Unterschiede hinsichtlich der erzielbaren Strukturen und deren Eigenschaften feststellbar.
Stark poröse Sintermetalle zeigen spürbar erhöhte Wärmewiderstandswerte gegenüber homogenen, dichten metallischen Blöcken. Der Sinterverbund erbringt aber noch zu dichte, wieder "zusammengesunkene Packungsdichten" der Sinterparti­ kel - mit nur begrenzter Wärmedämmung, aber neu entstehenden Nachteilen. Sie hängen zusammen mit den verkitteten, ineinandergegangenen Grenzflächen der gesin­ terten Partikel. Diese Übergangszonen sind unrein geworden - weisen Konzentrati­ onsgefälle oder Auskristallisierungen innerer Metallbegleiter auf oder während der langen Sinterzeit neu aufgenommene Stoffe. Aus Übergangszonen können sogar Sperrschichten werden.
Geschäumte Metalle haben hingegen den höchsten erzielbaren Grad innerer Oberfläche, beziehungsweise den geringsten Kompaktmetalleinsatz für gewinnbares Schaumvolumen, mit derselben Reinheit wie das Kompaktmetall. Energie- und Zeiteinsatz sind verschwindend gering im Vergleich zur Sinterung. Die erzielbaren metallischen Schäume haben mehrfach höhere Wärmewiderstandswerte. Die Metallwände des geschlossen­ zelligen Aufbaus bleiben in der kurzen Schäumungsphase feinkristallines, reines Metall, mit dementsprechend hohen elektrischen Leitwerten. Insofern ist eine ausgezeichnete Eignung zur Fertigung verlustwärmedämmender Thermoschenkel (7) thermoelektrischer Wandler vorhanden.
Die nur mehrere, bis zu zehn Sekunden dauernde Aufschäumung läßt keine materialver­ ändernden, ungewollten Kristallisationsvorgänge, stromsperrende Konzentrationsver­ schiebungen verunreinigender Metallbegleiter oder Fremdstoffeintrag (z. B. Oxy­ danten und dergleichen) zu.
Daher sind metallische Schäume (10) eine Neuheit und beste Ausgangsbasis für die Verlustwärmesenkung in der Thermostromgewinnung im Vergleich zu den heterogenen Strukturen porös gesinterter Metalle oder Thermoelektrika (3).
Die zu dichten Strukturen führende, mit einem komplizierten technischem Regime gesteuerte Sinterung bekannter, hocheffizienter Thermoelektrika (3) gelangt durch zwischenlagige Metallschaumstrukturen in höchste, bislang unerreichte Wirkungsgrad­ bereiche und die gesamte regenerative thermoelektrische Stromgewinnung erreicht einen völlig neuen Stellenwert.
Beschreibung der zeichnerischen Darstellungen
Fig. 1 zeigt durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) mit homogener Wirkphasenverteilung in Form einer thermoelektrischen Paarung metallischer Schäume aus zinndotiertem β-Zinkantimonid und Wismutantimonlegierung als verwendete Thermoelektrika (3). Die Thermoschenkelenden werden durch indif­ ferente Kollektorhauben (15) kontaktiert und stellen selbst eine die Brüc­ kenelektroden (13) enthaltende Aushärtung indifferenten Leitlacks (18) dar. Die bestens geeignete Anordnung der Legierungen aus billigen Grundmetal­ len entwickelt im Solartemperaturbereich ca. 30 Millivolt pro 100 Grad Cel­ sius Temperaturunterschied bei hohem elektrischen Leitwert.
Der thermische Eintrag in die p/n- und n/p-Übergänge ausbildenden, schwarz gehaltenen, indifferenten Kollektorhauben (15) erfolgt am besten mittels auf­ treffender, rekombinierender Solarstrahlung oder anders.
Fig. 2 zeigt bereits stattgefundene, feldeffektive Richtvorgänge der für Kon­ taktsinterung (45) vorgesehenen vorgeblähten Partikel mit thermoelektroaktiver Umschichtung.
In derselben sind die ferromagnetischen Subpartikel (44) erkennbar, deren weiß­ sche Bezirke unter Magnetfeldeinfluß geordnet wurden, währenddessen eine gleich­ zeitig wirkende, elektrische Feldkomponente die thermoelektroaktiven Korngrößen (17) in harzflüssiger Phase in thermoelektrische Vorzugsrichtung polarisierte. Der obere Teil der zeichnerischen Darstellung zeigt drei in dieser vorbereite­ ten Phase befindliche, vorgeblähte, umschichtete Partikel, in mechanisch wieder verursachter Lageunordnung. Der mittlere Teil zeigt die wiedererfolgte Ausrich­ tung einer lose geschütteten Grundgesamt dieser Partikel nur unter Magnetfeld­ einfluß durch Richtwirkung der ferromagnetischen Subpartikel vor Sinterbeginn. Im unteren Teil sind wiederum im Detail die drei oberen, jetzt exakt zueinander positionierten vorgeblähten Partikel und die insgesamt hierdurch in ihrer Um­ schichtung vorgenommene, thermoelektrische Vorzugsrichtung der thermoelektro­ aktiven Korngrößen (17) erkennbar, die anschließend bei feldeffektivem Regime unter der Curietemperatur des Materials der ferromagnetischen Subpartikel (44) kontaktgesintert werden.
Fig. 3a zeigt zusammengesetzte Thermoschenkel (12) mit Verwendung von geschnit­ tenen Kristallscheiben als Thermoelektrikum (3) für demgemäße Aktivschenkel­ teile (2) - beispielsweise Pyrit FeS2 und Chalkopyrit CuFeS2. Diese sind mit indifferentem Leitlack (18) auf plangeschnittene Blöcke metallischen (10) oder nichtmetallischen Schaums (31) homogen kontaktierend aufgebracht. In glei­ cher Weise werden die Brückenelektroden (13) mit den Oberseiten der Kristall­ scheiben kontaktiert, wobei subtrahierende Thermospannungen zu vermeiden sind. Links oben in der Darstellung ist eine separate Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21) angedeutet - rechts die Direkteinstrahlung eines solaren Angebots. Den größten Volumenanteil nehmen bei zusammengesetzten Thermoschenkeln (12), wie dargestellt, die geschäumten Passivschenkelteile (4) ein. Diese sind generell nur durchkontaktierend und zur Bildung von Thermospannungen nicht befähigt, beziehungsweise vorgesehen. Ausgehend von der zeichnerischen Darstellung er­ brächte ein metallischer Schaum (10) aus Kupfer gegen Pyrit ganz erhebliche, verwertbare Thermospannungen, womit auch Applikationen in diese Richtung mög­ lich wären.
Werden nichtmetallische Schaumstrukturen mit nicht eigenleitenden Lackgrundkom­ ponenten verwendet, dann sind Leitfähigkeitsvermittler (20) zur Realisierung einer durchkontaktierenden Wirkphase (26) in denselben vorzusehen.
Fig. 3b zeigt geometrische Einbauformen von Brückenelektroden (13) und inte­ grierten Aktivpassivthermoschenkeln (14) die nach zeichnerischer Darstellung der verkittenden Profilkontaktierung (39) oder aber der Leitprofilkontaktierung (40) hinzurechenbar sind. Ergebnis der Nebeneinanderanordnung der gezeigten Rei­ henschaltungen der dichte- und komponentendifferenziert geschäumten Thermoschen­ kel (7) ist eine thermisch zwar aufnehmende, gegebenenfalls in der Schicht der Brückenelektroden (13) effizient thermisch speichernde, aber insgesamt wärmedäm­ mendende Schale, beispielsweise einer Bauhülle, die nur über Entwicklung von Thermoströmen (5) einen sanften thermischen Ausgleich zur anderen Seite ermög­ licht. Die thermoelektroaktiven Endzonen (34) sind mit der parallelschraffiert gezeichneten indifferenten Metallfolie (38) leitlackverklebt und werden in diesem Fall nicht direkt, sondern mit zwischenkontaktierenden Brückenelektroden (13) zwischenkontaktiert. Diese können ebenfalls leitlackaushärtend oder kraftschlüs­ sig pressend mit einer Zwischenlage aus Leitgummi (37) eingepaßt sein, was eine jeweilig zweifache (hier nicht eingezeichnete) Verschraubung oder Verdübe­ lung der gegebenenfalls thermisch speichernden, voluminösen Brückenelektroden hinein in die hartschaumstrukturierten Verbindungssegmente der elektrischen Iso­ lierung (48) notwendig machen würde.
Die zeichnerisch dargestellten geometrischen Paßprofile der Brückenelektroden (13) haben als mechanisch verfestigende Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) bei­ spielsweise Kupfer- oder Aluminiumblechummantelungen über ihren metallischen oder nichtmetallischen Schaumstrukturen - die mit oder ohne durchkontaktierende Wirkphase (26) sind - und es kann die Gesamtheit der Zellenvolumen mit Latentspei­ chermitteln versetzt sein.
Fig. 4 zeigt eine durch Kontaktankerkrallen (22) thermisch elektrisch kontak­ tierte, in sich flexible, thermoelektrische Anordnung mit integrierten Aktivpas­ sivthermoschenkeln (14). Die Kontaktankerkrallen (22) sind nach gezeigter Dar­ stellung eine Zangenart mit Krallen, die über einstellbare Kraftwirkung zusätz­ lich bei Bedarf über den Drehpunkt des rückwärtig aus ihnen hervorgehenden Bet­ tungsdrahtes (47) flexibel in ihrer Winkelstellung zu den Wärme-Kälte-Leitein­ richtungen (21) sind und somit veränderliche Stellungen und weiterverlaufende Anordnungen der Thermoschenkel (7) gestatten. Der Bettungsdraht (47) transpor­ tiert thermische Angebote aus den Kühlkörpern heran und ist deshalb wie diese ein Teil der Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21). Querschnitt und Oberfläche der eingestochenen Krallen teilen der dargestellten Tränklotschicht oder einer Leitlackschicht mit Kupfer- oder Silberpuderanteilen im äußersten Bereich der thermoelektroaktiven Endzonen (34) das von den Kühlkörpern aufgenommene äußere, thermische Angebot mit. In den integrierten Aktivpassivtermoschenkeln (14) sind beispielsweise als thermoelektroaktive Korngrößen (17) jeweils Pyrit und Chalko­ pyrit in den elektrothermoaktiven Endzonen (34) enthalten, die bei guter (Erz)- qualität mit 100 Grad Temperaturdifferenz ca. 160 Millivolt pro thermoelektri­ schem Einzelelement (6) erbringen. Zwecks guter Wärme-Kälteeinleitung sind Bet­ tungsdraht (47) und Kontaktankerkrallen (22) aus Kupfer, deren eingestochenen Krallenteile einen Ausgleichsüberzug aus Cu/Al oder Zinn oder Titan-Palladium- Silber haben, um die eigenen Thermospannungen des Kupfers gegen pyritkristall­ artige Verbindungshalbleiter zu vermeiden. In zeichnerisch-konstruktiv ähnli­ chen Anordnungen können in Pyrit greifende Kontaktankerkrallen (22) aus blankem Kupfer ebenfalls zur Thermostromerzeugung benutzt werden, wenn Korrosionspro­ bleme beherrscht werden (Kupfer/Pyrit = 66 Millivolt pro 100 Grad Temperaturun­ terschied).
In Fig. 4 wurde auf Belange einer Wärmefallentechnik und Unterbindung von Ver­ lustwärmepfaden zeichnerisch nicht eingegangen.
Fig. 5 zeigt einen thermoelektrischen Strang (28) aus nichtmetallischem Schaum (31), der im Durchschubverfahren und vermittels der differenzierten Grenzschicht­ schäumung (29) hergestellt wurde. Hierbei sind die Merkmale dichtedifferenzier­ ter Schäumung (23) und komponentendifferenzierter Schäumung (27) für jeden der grenzschichtgeschäumten Thermoschenkel (7) ausgebildet, was zu den Ausprägungs­ merkmalen für integrierte Aktivpassivthermoschenkel (14) hinsichtlich der einzel­ nen strangverbundenen Thermoschenkel (7) führt.
Gezeigt ist eine pressende, nur thermische Umringung der nach außen sich in Kühl­ körper oder andere geeignete Formen erweiternden Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21), deren ringförmiger Innenteil in einer halbrunden, peripheren, umlaufenden Nut der Grenzschicht zwischen den Thermoschenkeln (7) liegt. Dank der nutauskleidenden, folienhaften Schicht einer elektrischen Isolierung (48) wird die Gesamtanordnung der Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21) potentialfrei gehalten, aber ein intensiver, thermischer Kontakt zu den p/n- und n/p-Übergängen hergestellt, den letztlich die mittige, thermisch elektrisch zwischenkontaktierende, indifferente Zone vermittelt. Bei den hier nicht extra dargestellten druckkontaktierten thermoelektrischen Strän­ gen (32) wird die indifferente Zone ausgebildet durch indifferente Metallfolien (38) und oder flächengleiche Segmente dimensionierten Leitgummis (37) (Anspruch 14). Die leitwertoptimierte, indifferente Zone ist demzufolge sehr dicht, enthält kaum Poren und ist ferner funktional ebenbürtig den indifferenten Metallfolien (38), bei der verkittenden Profilkontaktierung (39), die bei bestimmten Varianten der thermischen Leitprofilkontaktierung (40) (ausgehend von Fig. 3) querschnittsop­ timiert nach außen sich ebenfalls in geeignet ausgeformte Wärme-Kälte-Leiteinrich­ tungen (21) fortsetzen kann.
Bezugszeichenliste
1
thermoelektrisches Modul
2
Aktivschenkelteil
3
Thermoelektrikum
4
geschäumtes Passivschenkelteil
5
Thermostrom
6
thermoelektrisches Einzelelement
7
Thermoschenkel
8
Verlustwärmeströme
9
Thermostrompfad
10
metallischer Schaum
11
durchgehend geschäumter Thermoschenkel
12
zusammengesetzter Thermoschenkel
13
Brückenelektroden
14
integrierter Aktiv-Passiv-Thermoschenkel
15
indifferente Kollektorhaube
16
thermoelektroaktiver Leitlack
17
thermoelektroaktive Korngrößen
18
indifferenter Leitlack
19
thermoelektroaktive Kollektorhaube
20
Leitfähigkeitsvermittler
21
Wärme-Kälte-Leiteinrichtung
22
Kontaktankerkrallen
23
dichtedifferenzierte Schäumung
24
indifferenter Schaumleitlack
25
thermoelektroaktiver Schaumleitlack
26
durchkontaktierende Wirkphase
27
komponentendifferenzierte Schäumung
28
thermoelektrischer Strang
29
differenzierte Grenzschichtschäumung
30
thermoelektroaktive Wirkphase
31
nichtmetallischer Schaum
32
druckkontaktierte thermoelektrische Strang
33
Schäumer
34
thermoelektroaktive Endzone
35
leitwertoptimierter Zwischenbereich
36
oxydante Kaltstartverkokung
37
Leitgummi
38
indifferente Metallfolie
39
verkittende Profilkontaktierung
40
thermische Leitprofilkontaktierung
41
leitwertverbindende Fugenverkohlung
42
Kohlestruktursegmente
43
Kohlestrukturzwischenschicht
44
ferromagnetisches Subpartikel
45
Kontaktsinterung
46
Aufwachsformierung
47
Bettungsdraht
48
elektrische Isolierung

Claims (20)

1. Verfahren und Vorrichtungen zur Gestaltung von Thermoschenkeln mit Schaumstrukturanteilen,
gekennzeichnet dadurch, daß:
nach erfindungsgemäßem Verfahren Thermoschenkel (7) mit geeignet bemesse­ nem Schaumstrukturanteil zur primären Senkung der Verlustwärmeströme (8) gefertigt werden, um eine wesentliche Anhebung des thermoelektrischen Wirkungsgrades thermoelektrischer Module (1), welche thermische Angebote in elektrische Arbeit wandeln, zu erreichen, indem
  • - Schichten indifferenter, metallische Schäume (10) oder nichtmetallischer Schäume (31) ausreichenden elektrischen Leitwerts elektrisch kontaktie­ rend ober- und unterseitig von geeignet kompakten oder dünnen Schichten geeigneter Thermoelektrika (3) beauflagt werden,
    so daß ein geeigneter senkrechter Zerschnitt dieses flächenhaften Gesamt- verbundes geometrische und funktionelle Komponenten für Ihermoschenkel (7) mit hoher elektrischer und geringer thermischer Leitfähigkeit ergibt,
  • - metallische Schäume (10) gegebenenfalls nichtmetallische Schäume (31) mit Fähigkeit zur Entwicklung ausreichend eigener thermoelektrischer EMK (thermoelektromotorischer Kraft),
    in geeignet geometrischer Abmessung und Kontaktierungsfähigkeit als geome­ trisch anpaßbare und funktionale Aktivkomponenten für Thermoschenkel (7) ausgebildet werden,
  • - geschäumte bis dichte, nichtmetallische, elektrisch leitende bis nichtlei­ tende organische Verbindungen, partiell oder vollanteilig mit Thermoelek­ trika (3) in geeigneten Mehrfachverbundstrukturen gleichermaßen zu Thermo­ schenkeln (7) ausgebildet werden.
2. Verfahren und Vorrichtungen nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - Thermoschenkel (7) mit Schaumstrukturanteil einzuteilen und zu beurteilen sind nach ihren Anteilen hinsichtlich einer thermoelektroaktiven Wirkphase (30) und denen einer für Ladungsträgertransport verantwortlichen, durchkon­ taktierenden Wirkphase (26), wobei erstere bildend ist für die thermoelek­ trische EMK, die den sich in der durchkontaktierenden Wirkphase (26) bewe­ genden Ladungsträgern aufgeprägt wird,
  • - die Gesamtheit spezieller, teils verschiedenartiger, partikulierter Leit­ fähigkeitsvermittler (20) in dichten oder Schaumstrukturen der Thermoschen­ kel (7) die durchkontaktierende Wirkphase (26) ausbilden und vornehmlich für den Ladungsträgertransport beziehungsweise elektrischen Leitwert sorgen,
  • - geeignet partikulierte Korngrößen eines p-leitenden Thermoelektrikums (3) innerhalb dichter oder Schaumstrukturen der Thermoschenkel (7) die p- leitende und geeignet partikulierte Korngrößen eines n-leitenden Thermo­ elektrikums (3) die n-leitende thermoelektroaktive Wirkphase (30) ausbilden,
  • - die thermoelektroaktive Wirkphase (30) Aufgaben des Ladungsträgertransportes partiell mit übernehmen kann, bis hin zu vollständigem Ersatz von speziellen Leitfähigkeitsvermittlern (20),
  • - hieraus eine fertigungstechnische Einteilung hinsichtlich geometrischer For­ men und kontaktierender Fügetechniken in
  • - durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11)
    mit homogener,
    mit differenzierter Wirkphasenverteilung,
  • - thermoelektrische Stränge (28),
  • - zusammengesetzte Thermoschenkel (12),
  • - druckkontaktierte thermoelektrische Stränge (32),
  • - integrierte Aktivpassivschenkel (14)
ergibt.
3. Verfahren und Vorrichtungen nach Ansprüchen 1 und 2,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - für die in dichte und geschäumte Strukturen von Thermoschenkeln (7) einzubringende thermoelektroaktive Wirkphase (30) jeweils und vornehm­ lich eine einartige, vorhandene Grundgesamtheit thermoelektroaktiver Korngrößen von jeweils geeignet zerteilten eigen- oder fremdleitenden Elementhalbleitern, Verbindungshalbleitern natürlicher bergmännisch ge­ winnbarer Vorkommen von Blenden, Glanzen und Kiesen oder synthetisch über chemische Verfahren und Kristallzüchtung gewinnbare, ebenso gewinn- oder darstellbare, intermetallische Verbindungen, intermediäre Phasen oder spezielle, synthetisch entwickelte Thermoelektrika (3) mit opti­ mierter figure of merit, vornehmlich auch nur mit hohem Produkt aus differentieller Thermokraft und elektrischem Leitwert - in Frage kommt,
  • - für die, in dichte und geschäumte Strukturen von Thermoschenkeln (7) einzubringende durchkontaktierende Wirkphase (26) eine mehrartige, sich dabei nicht gegenseitig korrodierend angreifende Grundgesamtheit von partikulierten, korpuskulardispers verteilten Leit­ fähigkeitsvermittlern (20) zur Anwendung kommen und daß diese graduell geeignet zerteilte Metalle, Metalloxide, Metallnitride, Metallboride, durch geeignete Dotierungen niederohmig fremdleitend gemachte Nichtme­ tallboride und -nitride, Metallsulfide, Ionen- und Superionenleiter sind, wie zum Beispiel Kupfer, Kupfersulfid, Zinn, Silber, Silbersulfid, Aluminium, Nickel, Titan, Titannitrid, lithiumdotiertes Titandisulfid, Magnetit sind,
  • - halbleitende Chalcogenidgläser mit binären, ternären, quaternären halb­ leitenden silikatischen Systemen mit Schwefel, Selen, Tellur, Arsen und Kadmium, Zink, Eisen, Wismut, Titan, Kupfer, Silber und solche auf der Basis einiger Übergangsmetalloxide wie Cu2O und Fe2O3 und andere, sprunghaft auslösbare Leitfähigkeitsniveaus mit einmal niederohmiger, thermoelektroaktiver und andererseits einer hochohmigen Charakteristik zeigen und der unbegrenzte Wechsel zwischen beiden Niveaus hinsichtlich thermoelektroaktiver Niederohmigkeit mit Spannungsstößen höher 50 Volt, hinsichtlich Hochohmigkeit mit angepaßten Stromstößen erreichbar ist,
  • - der Zerteilungsgrad der durchkontaktierenden Wirkphase (26) mehrheitlich ein größerer als der der thermoelektroaktiven Wirkphase (30) ist,
  • - graues, stets normal pulverförmiges, halbleitendes, kubisch mikrokristal­ lines alfa-Zinn für die Gestaltung der thermoelektroaktiven Wirkphase (30) thermoelektroaktiver Endzonen (34), vornehmlich in eigenleitenden, ferner leitend gemachten Strukturen nichtmetallischen Schaums (31) einge­ lagert wird, oder in dichten eigenleitenden oder leitend gemachten Lack­ grundkomponenten zwecks Verfertigung aufformbarer thermoelektroaktiver Kollektorhauben (19),
  • - die Herstellung des kubisch grauen alfa-Zinns durch Abkühlung reinen pul­ verisierten gamma-Zlnns bei ca. -48 Grad Celsius mit größter Bildungsge­ schwindigkeit erfolgt und die Bildung leicht pulverisierbaren, rhombi­ schen gamma-Zinns durch Erhitzen duktilen, reinen beta-Zinns auf über 162 Grad Celsius erfolgt,
  • - zur Gestaltung der durchkontaktierenden Wirkphase (26) leitwertoptimierter Zwischenbereiche (35) mit 0,5% Wismut oder Antimon legiertes Zinn in Pulver­ form Anwendung findet,
  • - elastisch, anschmiegende Sonderformen für durchkontaktierende (26) und thermoelek­ troaktive Wirkphasen (30) erzeugbar sind durch jeweiliges, anteilmäßiges Einvulkanisieren von Leitfähigkeitsvermittlern (20) und thermoelektroak­ tiven Korngrößen (17) in Kautschuk, Butadien oder Diorganopolysiloxanen, oder Einpolymerisieren in trimerisierende Polyisozyanate.
4. Verfahren und Vorrichtungen nach Ansprüchen 1, 2 und 3,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - die oberbegrifflichen durchgehend geschäumten Thermoschenkel (11) solche mit homogener Wirkphasenverfeilung und solche mit differenzierter Wirkphasen­ verfeilung betreffen,
  • - durchgehend homogen geschäumte Thermoschenkel (11) mit homogener Wirkpha­ senverteilung vornehmlich aus einer vorher kompakten Portionierung eines jeweilig n-leitenden oder p-leitenden Thermoelektrikums (3) geschlossen­ zellig geschäumt sind und im einfachsten Falle durchgehend geschäumte Zel­ len gleicher Größe, insbesondere im Falle metallischer Schaumstrukturen haben, gegebenenfalls eine vor Endformgebung nachträglich dichtedifferen­ zierte Schäumung (23) absolviert haben oder durch Herausschnitt aus gewinn­ baren, dichtedifferenzierten Schaumstrukturen nichtmetallischer Schäume (31) ferner metallischer Schäume (10) gewonnen wurden,
  • - zu den durchgehend geschäumten Ihermoschenkeln (11) mit homogenem und diffe­ renziertem Wirkphasenanteil solche je nach Ausführung hinzurechenbar sind, die ausgeführt sind als Sinterverbund vorgeschäumter, mit Thermoelektrikum (3) oberflächeninkrustierter Partikel und daß die endflächigen p/n- und n/p-Übergänge der durchgehend geschäumten Thermoschenkel (11) dergestalt mit über Brücken­ elektroden (13) verbundenen indifferenten Kollektorhauben (15) zwischenkontak­ tiert werden oder vermittels verkittender Profilkontaktierung (39) oder thermischer Leitprofilkontaktierung (40),
  • - die verkittende Profilkontaktierung (39) mit zwischenlagiger indifferenter Metallfolie (38) oder die thermische Leitprofilkontaktierung (40) zur Verbin­ dung p-leitender und n-leitender Schaumstrukturen aller Arten durchgehend geschäumter Thermoschenkel (11) zur Anwendung gelangen,
  • - eine durchgängige, hinreichend feste, durch aufschäumende Druckverkohlung organischer Substanzen jeder inneren Hohlform anpaßbare, homogene durch­ kontaktierende Wirkphase (26) in Form eines Kohlenstoffgerüsts durch oxi­ dante Kaltstartverkohlung (36) (mit Oxydantanteil) oder durch Heißverko­ kung herstellbar ist, die zu elektrisch leitenden, hoch wärmedämmenden Strukturen führt, deren geeigneter Zerschnitt zu durchgehend geschäumten Thermoschenkeln (11) mit homogener Wirkphasenverteilung führt,
  • - eine mögliche thermische Nachbehandlung jeden Grad einer oberflächen­ haften dichtedifferenzierten Schäumung (23) des Kohlenstoffgerüstes nachgestaltet durch Crackvorgang fetter Kohlenwasserstoffgase mit ober­ flächenverdichtender Glanzkohleabscheidung,
  • - Thermoelektrika auf die Oberfläche des Kohlenstoffgerüstes aufgesputtert oder aufgedampft werden,
  • - in analoger Verfahrensweise durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) mit Kohlenstoffgerüst und darin enthaltener differenzierter Wirkphasenver­ teilung herstellbar sind, indem eine vorher, in den geeignet zerteilten, verdichteten organischen Ansatzstoffen, wie Dichtzelluose, Stärken, Zucker und Eiweißstoffe hinzugegebene, geeig­ net differenziert verkeilte Menge thermoelektroaktiver Korngrößen (17), nachher im verbleibenden Kohlenstoffgerüst zur Ausbildung thermoelektroak­ tiver Endzonen (34) führt, die per Plan- oder Konturenschliff und verkittender Leitlackkontaktierung zu p/n- und n/p-Übergängen ausgebildet werden können,
  • - die leitwertverbindende Fugenverkohlung (41) von Kohlestruktursegmenten (42) die Möglichkeit der Ausübung einer mosaikartigen kubischen Fügetechnik dar­ stellt, mit der große Kohlenstoffgerüstblöcke für entsprechend große diverse Varianten von Thermoschenkeln (7) technisch erzielbar sind, indem die Kohle­ struktursegmente (42) mit geeignet verkohlbaren Leimen gefügt werden und über induktive Wirbelstrom-, galvanisch stromddurchleitende- oder anders geeignet verursachte innere Erhitzung in den Fugen der zusammengesetzten Kohlestruktursegmente (42) die leimverpreßte Fuge in eine elektrisch-gerüst­ verbindende Kohlestrukturzwischenschicht (43) wandelt,
  • - in den leimverpreßten Fugen der vorgefügten Kohlestruktursegmente (42) parallelisierte Karbonfasern über eine in den Fugen örtlich begrenzt er­ zeugbare, durch Fluß elektrischer Ströme ausgelöste Widerstandserhitzung eine schonende Ausbildung der Kohlestrukturzwischenschicht (43) gestatten,
  • - partielle oder durchgehende Verklebung oder Verkittung der Kohlestruktur­ segmente mit sich selbst zu großen Kohlenstoffgerüstblöcken oder nachfolgenden funktionalen Kontaktierungselementen vermittels indifferentem Leitlack (18) vorgenommen werden kann und dieser indifferente Leitlack (18) zusammensetzungs­ mäßig aufgabengerecht, leitwertoptimiert ist - hinsichtlich einer nicht zu vermindernden Wärmedämmung des letztlich zu fertigenden Thermoschenkels (7),
  • - bei durchgehend geschäumten Ihermoschenkeln (11) mit differenzierter Wirk­ phasenverteilung das Merkmal einer dichtedifferenzierten Schäumung (23) ersetzt oder ergänzt sein kann durch das einer komponentendifferenzierten Schäumung (27), betreffs einer zonenhaften Verteilung der vorherrschenden thermoelektroaktiven Wirkphase (30) in endständigen thermoelektroaktiven End­ zonen (34), die zu einem mittigen, masseüberwiegenden, indifferenten, ausschließ­ lichen leitwertoptimierten Zwischenbereich der Schaumstruktur übergehen und daß diese anspruchsvollere Zonengliederung zu den so bezeichneten, erfindungsgemäßen, integrierten Aktivpassivthermoschenkeln (14) überleitet,
  • - durchgehend geschäumte Thermoschenkel (11) gegebenenfalls mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren der differenzierten Grenzschichtschäumung (29) in einem Zuge und unter Ausbildung von p/n- und n/p-Übergängen als Reihen­ schaltung, in Form so bezeichneter thermoelektrischer Stränge (28), erhalt­ bar sind,
  • - das Merkmal dichtedifferenzierter Schäumung (23) bei der strangverbindenden differenzierten Grenzschichtschäumung (29) thermoelektrischer Stränge (28) aus Gründen der konstruktiven Einbringung von Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) vornehmlich, das der komponentendifferenzierten Schäumung (27) mög­ lichst aus Einsparungsgründen für Thermoelektrika (3) hinsichtlich der strangzuverschäumenden Thermoschenkel (7) anzuwenden ist.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - die indifferenten Kollektorhauben (15) homogen endflächenkontaktierende, Ladungsträger sammelnde und austauschende, umfassende Aufbringungen er­ härtbaren, sich in den oberflächengeöffneten Poren der Schaumstruktur kraftschlüssig verkittenden, indifferenten Leitlacks (18) sind und demgemäß nur Fähigkeit zu elektrischer Weiterkontaktierung, aber keine eigene Thermo-EMK entwickeln,
  • - die p/n-zwischenkontaktierenden, reihengeschalteten Anordnungen indif­ ferenter Kollektorhauben (15) mit in dieselben kontaktierend eingreifen­ den Brückenelektroden (13) durch Verwendung thermisch-elektrisch, hoch­ leittähigen, indifferenten Leitlacks (18) und Ausformung der Brückenelek­ troden (13) zu oberflächenvergrößerten Wärmekälteleiteinrichtungen (21) thermisch gut empfangend und weiterleitend ausgebildet sind und so die funktionalen Heiß und Kaltkontaktstellen der Thermoschenkel (7) ergeben, die in dieser vorrichtungsgemäßen Ausführung zur Ausbildung einer maxima­ len Thermo-EMK befähigt werden.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2 und vorhergehenden,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - sich für den leitwertoptimierten Aufbau von Thermoschenkeln (7) mit Schaumstrukturanteil Varianten ohne technologischen applizieren­ den Zwischenschritt (Durchzugsverfahren) ergeben, insbesondere aber auch solche mit Verfahrensschritten des Aneinanderfügens von Thermo­ schenkelteilen, was deren letztere funktionale Einteilung in Thermo- EMK entwickelnde Aktivschenkelteile (2) und den Thermostrom (5) weiter­ leitende, geschäumte Passivschenkelteile (4) erforderlich macht,
  • - insbesondere Aktivschenkelteile (2) materialabhängig von Verfügbarkeit, Verformbarkeit und effektivster Nutzbarkeit der ursprünglichen Thermo­ elektrika (3) entweder diskret aus kompaktem Thermoelektrikum (3) oder deren geeigneter Verteilung in vorher anpaßbar ausformbaran, danach ze­ mentharten, springkittartigen oder elastisch weichen, elektrisch-ther­ misch kontaktierenden Einbettungsmassen bestehen, die ihrerseits unter­ teilende Arten störungsfreier Kontaktierung zu den geschäumten Passiv­ schenkelteilen (4) und zu sich selbst erfordern,
  • - konzentrierte thermoelektroaktive Korngrößen (17) in Naturgummi, synthe­ tischem oder Silikongummi verschiedener Elastizität schon durch perma­ nente Druckkomponenten ausreichende, homogen-flächenhafte Kontaktie­ rungen zu geschäumten Passivschenkelteilen (4) und untereinander ausbil­ den können,
  • - Aktivschenkelteile (2) gegeneinander direkt oder indifferent zwischenkon­ taktiert, die für thermoelektrische Wandlung erforderlichen p/n- und n/p- Übergänge ausbilden und bei deren Temperaturunterschieden die Thermo-EMK und aus vornehmlich dichten, beidseitig elektrisch leitend verlöteten, verschweißten, verklebten, verkitteten, gegebenenfalls kraftschlüssig kontaktierten Scheiben oder dünneren Schichten von Thermoelektrika (3) bestehen, die Metalle, Elementhalbleiter, natürlich vorkommende oder syn­ thetische Verbindungshalbleiter, intermetallische Verbindungen, interme­ diäre Phasen und moderne, synthetische Mehrphasenlegierungen mit optimier­ ter figure of merit sein können,
  • - zwecks intensiven, thermischen Eintrags die geschnittenen Kristallschei­ ben natürlicher oder synthetischer Thermoelektrika (3) mit thermisch kon­ zentrierenden Endbereichen demgemäß thermisch eintragender Oberflächen an ihren äußeren Kristallscheibenoberflächen verbunden sind und demgemäß nachfolgend einen Übergang haben zu Brückenelektroden (13), die demgemäß oberflächenmäßig zu thermischem Eintrag ausgeformt sind und somit die Funktion einer Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21) erfüllen,
  • - die konstruktive Lösung der thermischen Leitprofilkontaktierung (40) vor­ bildhaft für thermischen Eintrag in die p/n- und n/p-Übergänge diskreter scheiben- und schichtenhafter Thermoelektrika (3) bei so ausgebildeten Aktivschenkelteilen (2) anzuwenden ist,
  • - solcherart vorbezeichnete Thermoelektrika (3) als geeignet partikulierte, in dieser Art so bezeichnete, thermoelektroaktive Korngrößen (17) in einer gleichartig geformten, kontaktierten, erhärteten Einbettung aus in­ differentem Leitlack (18) insofern gleichermaßen diskrete Aktivschenkel­ teile (2) ergeben, die funktional wie vorrichtungsgemäß als thermoelektro­ aktive Kollektorhaube (19) weiterbezeichnet sind,
  • - die thermoelektroaktive Kollektorhaube (19) demgemäß einen dichten Ver­ bund der thermoelektroaktiven Wirkphase (30) in Form thermoelektroakti­ ver Korngrößen (17) mit der durchkontaktierenden Wirkphase (26) in Form umgebender Aushärtung eines indifferenten Leitlacks (18) darstellt, wo­ bei die Thermo-EMK an den kontaktierbaren Oberflächenkonturen der thermoelektroaktiven Kollektorhaube (19) abgreifbar ist,
  • - geschäumte Passivschenkelteile (4) der mittige bis überwiegende Teil von Thermoschenkeln (7) zwischen jeweils zwei ihnen endständig flächig-homo­ gen aufkontaktierten Aktivschenkelteilen (2) sind, mit Funktion einer we­ sentlichen Wirkungsgradverbesserung der thermoelektrischen Wandlung durch weitgehende Sperrung der von den Aktivschenkelteilen (2) her sich anbieten­ den Verlustwärmeströme (8), weshalb die Schaumstruktur gegenüber äußeren beeinträchtigenden Einflüssen vornehmlich ein geschlossenzelliger, metalli­ scher Schaum (10) oder nichtmetallischer Schaum (31) mit ausreichendem elektrischem Leitwert und Kontaktierbarkeit ohne Erfordernis einer eigen­ entwickelbaren Thermo-EMK ist.
  • - hinsichtlich einer verbesserten Kontaktierbarkeit der endständigen Flächen geschäumter Passivschenkelteile (4) dieselben Ergebnis einer vorherigen dichtedifferenzierten Schäumung (23) sind, die endflächennahe höhere Dichten der dortigen Schaumstruktur erbringt.
7. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - zusammengesetzte Thermoschenkel (12) nach Anspruch 4 aus jeweils zwei end­ ständigen Aktivschenkelteilen (2) und einem mittigen geschäumten Passiv­ schenkelteil (4) bestehen, wobei letztere eine leitwertoptimierte Schaum­ struktur dahingehend hat, daß diese ein Minimum an Wärmeleitfähigkeit mit einem Maximum an elektrischer Leitfähigkeit verbindet und diese Leitwert­ optimierung dafür sorgt, daß den beidseitig benachbarten, halbleitenden Übergängen der Aktivschenkelteile (2) ein kaum durch Verlustwärmeströme (8) reduziertes, thermisches Angebot zur thermoelektrischen Wandlung über­ lassen wird,
  • - zusammengesetzte Thermoschenkel (12) in Einfachstabform mit durch Brücken­ elektroden (13) kontaktierten indifferenten Kollektorhauben (15) hinsicht­ lich ihrer p/n- und n/p-Übergänge kontaktiert werden, sofern kompakte Scheiben oder Schichten von Thermoelektrika (3) verarbeitet werden,
  • - die kompakten Scheiben oder Schichten von Thermoelektrika (3) auf die Endflächen der geschäumten Passivschenkelteile (4) mit fugenausfüllendem indifferentem Leitlack (18) gekittet werden,
  • - thermoelektroaktive Kollektorhauben (19) mit Brückenelektroden (13) als Aktivschenkelteile (2) in einem Zuge auf die endständigen Deckflächen der geschäumten Passivschenkelteile (4) ausformend und kittend oder nach­ träglich als Fertigform fugenverkittend mit indifferentem Leitlack (18) appliziert werden,
  • - Bogenformen und Abwinkelformen endflächig mit indifferentem Leit­ lack (18) zwecks Kontaktierung der p/n- und n/p-Übergänge verkit­ tet werden,
  • - diese Verbindungsarten für Einfachstab-, Bogen- oder Abwinkelformen für den thermischen Einfang mit in sie eingesenkten und über ihre Oberflächen hinausragenden Armierungen von Wärme-Kälte-Leiteinrich­ ungen (21) optimiert werden.
8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 6 und vorhergehenden, gekennzeichnet dadurch, daß integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) eine durchgehende, in einem Vorgang gewonnene, geschlossenzellige Struktur aus metalli­ schem (10) oder nichtmetallischem Schaum (31) haben, die hinsicht­ lich elektrischer Leitfähigkeit, Bildung einer Thermo-EMK, Wärme­ dämmung und Eigenfestigkeit optimiert ist, die zumindest Ergebnis einer dichtedifferenzierten (23), vornehmlich aber miteingebrachten kom­ ponentendifferenzierten Schäumung (27) ist - mit den Merkmalen des ausreichenden Vorhandenseins einer rein durchkontaktierenden Wirkphase (26) in der Schaumstruktur, die in den beiden endständigen oberflächennahen Bereichen der zu kontaktierenden Deckflächen der Schenkelpaare durch ausreichenden Anteil einer potentialbildenden thermoelektroaktiven Wirkphase (30) partiell substituiert und oder ergänzt wird.
9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - metallische Schäume (10) und nichtmetallische Schäume (31) Ergeb­ nis einer Schäumung aus fester, einer definiert vorgehaltenen flüs­ sigen oder mit verschiedenen Konsistenzen und Viskositäten ausge­ statteten, mehrkomponentigen, besonders vorbereiteten Phase sind, die beim Aufschäumen in einen dichte- und komponentendefinierten - gegebenenfalls - differenzierten, geschlossenzelligen Schaumstruk­ turzustand gebracht wird, gegebenenfalls unter nachträglicher Absol­ vierung von Formierungsprozessen in noch heißer oder zäher Phase gebracht wird und hernach zur Abkühlung auf Normaltemperatur,
  • - ein inkrustierender Ein- oder Zweischichtenaufbau die Gegebenheit einer elektrisch leitenden Unterlage mit darauf aufgebrachter thermoelektroaktiver Schicht auf vorgeblähten Partikeln von Schaumstoffgranulat oder Kohlege­ rüststrukturen schafft - zwecks späterer Kontaktsinterung (45) zu schaum­ strukturähnlichen volumenbildenden schneid- und sägbaren oder im Sinte­ rungsprozeß gleich geometrisch ausgeformter Strukturverbände führt,
  • - die Herstellung der inkrustierend aufgebrachten Schichten durch Einbringung der vorerst neutralen, elektrisch eigenleitenden oder nichtleitenden Partikel in Mischertrommeln erfolgt, in welche wei­ terhin im Falle der nicht vorhandenen Eigenleitfähigkeit in einem ersten Schritt die Zugabe einer geeignet viskosen Paste von indif­ ferentem Leitlack (18) erfolgt und daß nach Trocknung in einer zwei­ ten Mischertrommel in gleicher Weise eine Schicht thermoelektroakti­ ven Leitlacks (16) aufgebracht wird,
  • - die Versinterung durch geeignetes Pressen, Extrudieren der noch in äußerer Schicht nassen oder graduell vorgetrockneten, inkrustierten Partikel erfolgt, mit dem Endergebnis mehrfacher partieller kontaktie­ render Übergangszonen zwischen den Partikeln in dem schaumstrukturähn­ lichen Verbund,
  • - metallische Schäume (10) Ergebnis einer differenzierten Erhitzung von Metallen sind, bei der der geschlossenzellige Aufbau der Schaum­ struktur Ergebnis einer stoßartigen, metallischen Dampfphase dieser Metalle sind, wobei die Metalle selbst der Schäumer (33) sind,
  • - metallische Schäume (10) Ergebnis eines plötzlichen Energieeintra­ ges in deren vorgehaltene Flüssigphase sind, welche ein wesentlich tiefer siedendes Metall als Schäumer (33) in geeignetem Anteil mit enthält, der durch Erhitzungsstoß zu spontaner Verdampfung gelangt und somit die geschlossenzellige Struktur des metallischen Schaums (10) aufbaut,
  • - metallische Schäume (10) Ergebnis eines plötzlichen Energieeintrages in die dichte Flüssigphase von Metallen sind, die einen partikulierten, beziehungsweise korpuskulardispers dauernd wirbelnd verteilt gehaltenen Schäumer (33) enthalten, der bei Erhitzungsstoß verdampft,
  • - nichtmetallische Schäume (31) aus elektrisch leitenden, reinstoffigen oder zusammengesetzten, definiert verflüssigbaren Elementen oder Ver­ bindungen nach gleichem Verfahren herstellbar sind,
  • - elektrisch leitende, nichtmetallische Schäume (31) wahlweise mit ei­ ner rein durchkontaktierenden Wirkphase (26) und oder mit einer ther­ moelektroaktiven Wirkphase (30) mit Ausgangsbasis pastenartiger Kon­ sistenzen von Leitbahndickschichtpasten, elektrisch leitwertmaximier­ ten Widerstandspastensystemen mit thermisch begrenzten, organischen Lackgrundkomponenten und deren Hilfsstoffen Ergebnis des thermisch be­ dingten, dissoziativen Zerfalls eines Schäumers (33) sind, der unterhalb des Temperaturniveaus beginnender Beeinträchtigung der sensiblen Gesamtverbundsysteme und ihrer Wirkkomponenten, wie Leit­ fähigkeitsvermittler (20) und thermoelektroaktive Korngrößen (17), stattfindet und indifferente Zellgase liefert, die während längerer oder dauernder Anwesenheit in den Zellen der Schaumstruktur sich anti­ korrossiv und indifferent verhalten und demgemäß vorwiegend eine sen­ sible, dielektrische Erhitzung nach fachmännischem Ermessen zum Schäu­ men solcher Verbundsysteme erforderlich machen,
  • - nichtmetallische Schäume (31) mit Ausgangsbasis organischer und anor­ ganischer, bereits elektrisch leitender Lackgrundkomponenten, wie Po­ lyazetylen, Polyschwefelnitrid, oder geeignete organische Kettenverbindungen mit polarisierenden Seitenketten demgemäß eine bereits ohne eingelagerte Leitfähigkeitsvermittler (20) leitende Zellwandstruktur bekommen,
  • - nichtmetallische Schäume (31) mit Fritten aus niedrigschmelzenden Glaskomponenten (bei 320-480) Grad Celsius unter Zusatz von Leit­ fähigkeitsvermittlern (20) und oder thermoelektroaktiven Korngrößen (17) zu elektrisch leitwertoptimierten und thermoaktiven dichten, glasartigen oder geschäumten Zellwandstrukturen eines geschlossen­ zelligen Aufbaus kommen, wobei ein Teil des Ladungsträgertransportes durch Traptunnelung erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - die Herstellung dichtedifferenzierter Schäumungen (23) von Metallen und Nichtmetallen oder geeigneter schäumbarer, mehrkomponentiger Ver­ bundsysteme durch einwirkende nieder bis mittelfrequente Induktions­ felder mit einem intensitäts- und frequenzregelndem Regime für zu erzeugende Induktionsströme und felddurchgreifende dielektrische Erhitzung auslösende Mikrowellen geschieht, indem je nach Beschaffen­ heit der zu schäumenden Komponenten, insbesondere hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit, der energetische Eintragsanteil der über Widerstandserhitzung wirkenden Induktionswirbelströme in einer Schmelz-Schäumhaube und der energeti­ sche Eintragsanteil der über dielektrische Erwärmung wirkenden hochfre­ quenten Mikrowellenfelder gegeneinander variiert und in zeitlich geeig­ neter Abfolge oder Gleichzeitigkeit abgestimmt werden,
  • - eine Optimierung der zum Schmelzen und Aufschäumen notwendigen dilektri­ schen Erhitzung erst vermittels einer richtwertorientierten Einstellung der Mikrowellenfeld-Intensität innerhalb eines Mikrowellenbreitband­ spektrums und danach mit frequenzveränderndem Regime innerhalb des Breit­ bandes erreicht wird,
  • - eine Optimierung der Induktionsströme für aufschäumbare leitfähige Kompo­ nenten mit einem intensitäts- und frequenzbeeinflussendem Regime nach fachmännischen, metallurgischen Grunderfahrungswerten sowie Vorversuchs­ reihen für das Schäumen spezieller Metalle und Halbleiter sowie ein­ dimensionaler oder Superionenleiter vorgenommen wird,
  • - die technische Apparatur zum induktiven Schäumen eine modifizierte Schmelz haube ist, mit Grundkonzept einer einlagigen Zylinderspule und daß in die­ ser eine determiniert vorverflüssigte noch dichte Phase mit dauernd ver­ wirbeltem Schäumer (33) vermittels Eintrag eines gezieltem Energiestoßes unter spontaner rein physikalischer Verdampfung des Schäumers (33) aufge­ schäumt wird, wobei der Schäumer (33) eine niedriger siedende metallische oder nichtmetallische Komponente sein kann,
  • - ein ebenso durch dosierte, aufrechterhaltende Induktionswirbelströme homo­ gen gehaltener Verteilungszustand eines vorher partikulierten, nachher che­ misch zerfallenden, gasförmig dissozzierenden Schäumers (33) in der vorge­ haltenen, determinierten Flüssigphase durch den temperatursprungauslösen­ den Energiestoß zur spontanen Vergasung gerät und damit zur stark volumen­ vergrößernden homogenen Schäumung führt,
  • - zwecks Herstellung metallischer Schäume Metallgriese oder -pulver oder de­ ren schwach angesinterten Zusammenballungen mit einem Lösungsmittel mit Schäumer (33) durchtränkt und nach Ausgasung der Lösemitteldämpfe die so zu inniger Vermengung gebrachten Komponenten Metall und Schäumer (33) aus der festen Phase durch Energiestoß zur Schäumung gebracht werden,
  • - Mikrowellenfelder, welche geeigneterweise über dielektrische Erhitzung nichtleitende Komponenten mit einem Schäumer (33) in eine Schaumstruktur überführen, analog erst eine genau und homogen durchtemperierte Vorhalte­ phase der noch dichten, pastenartigen, zähflüssigen bis dünnflüssigen Grund­ gesamtheit aller Komponenten schaffen, die dann über Eintrag eines analogen Energiestoßes ein solchen Betrag dielektrischer Erwärmung in der vorgewärm­ ten Vorhaltephase verursachen, daß deren spontane Schäumung durch den ther­ misch dissozierenden Schäumer (33) eintritt,
  • - gegebenenfalls ein erweiterndes, steuerbares, beaufschlagendes, barometri­ sches und akkustisches Hilfsregime beim Herstellen metallischer (10) und nicht­ metallischer Schäume (31) aufgerufen wird, das ebenso durch Breitband­ charakteristik befähigt ist, spezielle physikalische, latente Vorgänge für schaumstrukturaufbauende Komponenten auszulösen, zu beschleunigen oder er­ reichte Zustände zu fixieren und zu stabilisieren, wie frequente Druck - Unterdruckzustände in der noch nicht fertig geschäumten Phase und Fixierung der Fertig-Schaumstruktur vermittels permanent gehaltenen Unterdrucks,
  • - eine anspruchsvolle, graduell abstufbare, dichtedifferenzierende Schäumung (23) durch nachträgliche, längszonendifferenzierte, induktive Beaufschlagung oder Mikrowellenbeaufschlagung analog dem tiegelfreien Zonenschmelzverfahren bei vorgefertigten, schaumstrukturierten Grobstabformen erreichbar ist,
  • - eine hinsichtlich verbesserter Festigkeit und Kontaktierbarkeit genügende, oberflächennahe, dichtedifferenzierte Schäumung (23) mit Infrarottiefbe­ strahlung erfolgt,
  • - Oberflächenreliefs und Strukturierungen für Kontaktierungen mittels Laser an der oberflächennahen Schaumstruktur gestaltet werden.
  • - Armierungen in Form von Karbonfasern und oder Metallfasern zur Festigkeits- und Leitwertoptimierung wirkphasengestreckter nichtmetallischer Schäume (31) eingebracht werden,
  • - eine Hochtemperaturschäumung von Magnetit mit und ohne Zusatz eines disper­ sen Schäumers (33) erfolgen kann.
11. Verfahren nach Ansprüchen 10 und 9,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - eine komponentendifferenzierte Schäumung (27) zwecks Schichtenstufung von durchkontaktierender (26) und thermoelektroaktiver Wirkphase (30) im Längsverlauf von Thermoschenkeln (7) innerhalb einer durchgehenden Schaumstruktur durchgeführt wird, indem nach dreifach-schichtenwei­ sem Ansetzen von dafür vorbereiteten, inhaltlich differenzierten Leit­ bahndickschichtpasten, elektrisch leitwertmaximierten Widerstandspas­ ten mit organischer Lackgrundlage oder auf Frittengrundlage oder des­ gleichen angepaßt modifizierten Leitklebern oder Leitlacken ein gemein­ samer Schäumvorgang durchgeführt wird,
  • - die inhaltliche Differenzierung der drei Ansatzschichten dahingehend ist, daß die mittlere nur die durchkontaktierende Wirkphase (26), jedoch die obere und untere vornehmlich die thermoelektroaktive Wirkpha­ se (30) enthalten,
  • - demgemäß nach dem Schäumen eine geblähte Gesamtschicht in Form einer durchgehenden, geschlossenzelligen Schaumstruktur ausgebildet ist, die in oberflächennahen Bereichen die für p/n- und n/p-Übergänge gestalt­ baren thermoelektroaktiven Endzonen (34) und in oberflächenferneren nur leitwertoptimierte Zwischenbereiche (35) aufweist.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 und 10,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - geschäumte Passivschenkelteile (4), durchgehend geschäumte Thermo­ schenkel (11), zusammengesetzte Thermoschenkel (12), integrierte Aktiv-Passiv-Thermoschenkel (14) thermoelektrische Stränge (28) so­ wie die möglichen strangzusammensetzbaren Thermoschenkel (7) mit Schaumstrukturanteil für druckkontaktierte thermoelektrische Strän­ ge (32) nach Anspruchsmerkmalen hinsichtlich einer dichtedifferenzierten Schäumung (23) hergestellt werden können,
  • - mit Ausnahme der Einfachformen durchgehend geschäumter Thermo­ schenkel (11) aus durchgehend zellengleichem, metallischem Schaum (10) und außer denen mit homogen verteilter Wirkphase in nichtme­ tallischen Schaumstrukturen, alle vorgenannten Thermoschenkel (7) bei ihrem Herstellungsprozeß kontinuierlich gleichzeitig oder nachträglich auch den Vorgang einer komponentendifferenzierten Schäumung absolvieren können.
13. Verfahren und Vorrichtung nach Ansprüchen 9, 10 und 12,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - thermoelektrische Stränge (28) Ergebnis von Hintereinanderschäumungen von Schichten sind, die als vorstufige thermoelektrische Reihenschal­ tung von Thermoschenkeln (7) mit Schaumstrukturanteil erfindungs- und verfahrensgemäß im Endlosdurchschubverfahren herstellbar sind, indem ein formstabilisierter, dichter, noch zäher oder vorgetrockneter, in axialer Richtung zusätzlich definiert druckkontaktierter, verklebter, verkitteter oder ultraschallgeschweißter Strang aus Intervallen so vorbereiteter, portionierter Zusammensetzungen von Thermoschenkeln (7) technische Apparaturen für induktive und oder dielektrische Erwärmung durchläuft, deren Regime nach vorhergehenden Anspruchsmerkmalen des Anspruchs 10 für dichtedifferenzierte (23) und komponentendifferenzierte Schäumung (27) den spezifischen Zusammensetzungen der portio­ nierten Intervalle des Strangs angepaßt ist,
  • - die zu hintereinandergeschalteten p/n- und n/p-Übergängen führende, graduell differenzierbare Schäumung zu thermoelektrischen Strängen (28) verfahrensgemäß als differenzierte Grenzschichtschäumung (29) bezeich­ net wird,
  • - die geschäumten, geschlossenzellig ineinander übergehenden Intervalle der Thermoschenkel (7) jeweils mit ihrer p- und n-leitenden elektrothermo­ aktiven Endzone (34) in eine schmale, feinporige bis dichte, thermisch, elektrisch hochleitende, dafür indifferente Zone übergehen, die mit thermischer Ringkon­ taktierung strangseitlich sich nach außen, geeignet verlängernd und verbreiternd in eine nur thermischen Fluß empfangende Wärme-Kälte-Leiteinrichtung (21) vergrös­ sert, wobei die kollektorartigen Verlängerungen alternierend um 180 Grad versetzt setzt sind, um das thermoelektrische Prinzip der thermischen Parallel­ schaltung für heißseitenempfangende und kaltseitenempfangende Wärme- Kälte-Leiteinrichtungen (21) bei elektrischer Reihenschaltung der p/n- und n/p-Übergänge des thermoelektrischen Strangs (28) zu realisieren,
  • - thermoelektrische Stränge aus metallischen Schäumen (10) und oder nicht­ metallischen Schäumen (31) herstellbar, dabei antikorrossiv restlos her­ metisierbar und hochwärmedämmend umschäumbar sind und auf einfachste, handwerkliche Weise demgemäß als beliebig wählbare Stablängen in beliebig wählbarer Anzahl zu flächenhaften Verbunden großer Spannungen und Leistun­ gen, mit gleichzeitig vorzüglicher Wärmedämmfunktion reihengeschaltet werden können, da ein thermoelektrischer Strang (28) bei Wahl geeigneter Thermoelektrika (3) bereits Arbeitsspannungen im Zehnvolt-Bereich liefern kann,
  • - die strangseitlich austretenden, thermisch eintragenden Oberflächen der Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) elektrisch sicher isolierende, hochresisten­ te Überzüge aus Teflon, Hostaflon oder ähnlich antikorrossiv versiegelnden, selbst unangreifbaren und thermisch stabilen Polymeren oder anderen Kunststoffen haben,
  • - druckkontaktierte thermoelektrische Stränge (32) abweichend von den insge­ samt dauerhaft fixierten thermoelektrischen Strängen (28) aus Thermoschen­ keln (7) mit Schaumstrukturanteilen bis 100% und oder dichten Thermoschen­ keln (7) in ansonsten gleichem Aufbau gefertigt werden, mit dem Unterschied, daß von den Enden des druckkontaktierten thermoelektrischen Strangs (32) her wirkende axiale Druckkomponenten die ausreichende Kontaktierung der p/n- und n/p-Übergänge übernehmen und dünne elastische Auflagen aus ther­ misch-elektrisch hochleitendem Leitgummi (37) oder indifferenten Metall­ folien (38) auf den stranginneren Oberflächen der zwischensegmentierten Wärme-Kälteleit-Einrichtungen (21) die Druckkomponenten in eine homogene Flächenkontaktierung umsetzen.
14. Verfahren und Vorrichtungen nach Anspruch 4 und vorhergehenden,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - zwecks Gewinnung geometrischer Einbauformen von durchgehend geschäumten Thermoschenkeln (11) für thermoelektrische Module (1) verfahrensgemäß die verkittende Profilkontaktierung (39) zur Anwendung gelangt, indem:
  • - diese durch geeigneten Zerschnitt fertig geschäumten, jeweils p-leitenden und n-leitenden Thermoelektrikums (3) gewonnen werden, dahinge­ hend, daß oberflächig offenporige, baukastenähnliche, ineinanderpassende Verzahnungsprofile beider Arten mechanisch oder mit Laser glatt herausge­ schnitten, mit indifferentem Leitlack (18) an den Fügeflächen sattsam po­ renverschmiert und unter zwischenlagiger Einfügung einer indifferenten Me­ tallfolie (38) ineinandergeschoben werden und in der Aufeinanderfolge die­ ses Aufbaues die Reihenschaltung der Thermoschenkel (7) für abgreifbare Ar­ beitsspannungen realisiert wird,
  • - in Erweiterung dessen die thermische Leitprofilkontaktierung (40) zur An­ wendung gelangt, indem:
  • - eine Nachaußenführung und thermisch-elektrisch leiteroptimierte Quer­ schnittsverstärkung der indifferenten Metallfolie (38) mit ebenso ther­ misch optimierter Einfangoberfläche in vorteilhafter Weise die funktio­ nale Zusatzfunktion einer funktionalen Wärme-Kälte-Einrichtung (21) erbringt,
  • - zusätzlich kraftschlüssige, löt- oder leitlackverbundene Endflächenkontaktierungen der geschnittenen Strukturen metallischer (10) und nichtmetallischer Schäume (31) vermittels einkrallender, verzinnter Kontaktankerkrallen (22) in mit Tränklot oder ge­ eignetem Leitlack vollgesaugte, oberflächennahe Zellen realisiert werden, wobei der herausragende, sich fortsetzende Teil, der Bettungsdraht (47) ggfs. vorhandene Aktivschenkelteile (2) galvanisch thermisch passiert und/oder allein rein thermisch Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21) mit elektrischer Isolierung (48),
  • - Strukturen nichtmetallischer Schäume (31) anstelle Lötverbindung und Tränklot eine anfangs dünnflüssige, später erhärtende, elektrisch hoch­ leitfähige Komponente eines indifferenten Leitlacks (18) an ihrer Ober­ fläche von unter ein bis wenige Millimeter tief kapillar einsaugen, und anschließend unter Normaltemperaturen eine oberflächennahe dichte, für die zeitgleich eingestochenen Kontakt­ ankerkrallen (22) kraftschlüssige Unterschicht ausbilden,
  • - doppelkrallige Kontaktankerkrallen (22) oder solche, zweiseitigen, mit spiralig-bogigen Zwischenverlängerungen normale Brückenelektroden (13) ersetzen und hierdurch den Bau flächenhaft dreidimensional verwölbbarer thermoelektrischer Module (1) gestatten,
  • - die spiralig bogigen Zwischenverlängerungen der doppelten Kontaktanker­ krallen (22) thermisch kontaktierenden kraftschlüssigen Durchgang durch Kühlkörperprofile mit geeigneten Oberflächengestaltungen haben und dem­ gemäß thermischen Eintrag für die elektrothermoaktiven Endzonen (34) der Thermoschenkel (7) besorgen und die endständig in die Schaumstrukturen der Thermoschenkel (7) eingestochenen Krallen die Ausbildung von p/n- und n/p-Übergängen.
15. Verfahren nach Ansprüchen 9 und 10,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - eine Wirkphasenformierung hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeiten und Prägung zu maximaler Entwicklung von Thermo-EMK in dichten, in Schaum­ strukturen und ähnlichen, hinsichtlich der ausgangsmäßigen Thermoelek­ trika (3) - außerhalb - und innerhalb, hinsichtlich der Leitfähigkeits­ vermittler (20) nur nach deren Lokalisierung in dichten oder schaumstruk­ turierten Teilen von Ihermoschenkeln (7) durchgeführt wird, um eine lei­ stungsfähige thermoelektroaktive (30) und/oder durchkontaktierende Wirkphase (26) zu formieren und demgemäß eine, vorherige, begleitende oder nach­ trägliche Formierung je nach Erfordernis stattfindet,
  • - demgemäß Leitfähigkeitsvermittler (20) bei beginnender und stattgefunde­ ner Fixierung in dichten und Schaumstrukturen mit und/oder in ihnen zu einer leistungsfähigen durchkontaktierenden Wirkphase (26) formiert werden,
  • - eine Nachformierung der noch in heißer/warmer Phase befindlichen Schaum­ strukturen nichtmetallischer Schäume (31) vorgenommen wird, indem durch Anlegen von geeigneten Spannungen Ströme von bestimmter Stärke durch die noch hei Ben Schaumstrukturen geschickt werden, die über Wirkmechanismen der Elektromigration und Einbindung von vorher noch nicht kontaktierten, zerstreut lokalisierten Leitatomen eine Verbesserung der durchkontaktie­ renden Wirkphase (26) erzielen,
  • - desgleichen eine Nachformierung in noch heißer/warmer Phase durch rich­ tende, so bezeichnete permanente Polarisation erzielt wird, die durch entsprechende statische elektrische Felder, gegebenenfalls solche, die mit einer frequenten Feldkomponente geeigneten Anteils überlagert sind, eine Ausrichtung anisotroper thermoelektroaktiver Korngrößen (17) vornehmbar ist,
  • - in heißer/warmer Phase eine ebensolche Nachformierung der thermoelek­ troaktiven Wirkphase (30) in soeben geblähten Schaumstrukturen oder den noch nicht abgebundenen beziehungsweise erhärteten Leitlackver­ bunden vornehmbar und insbesondere mit polarisierenden, elektrischen Feldern eine Ausrichtung anisotroper, thermoelektroaktiver Korngrößen (17) in die thermoelektrische Vorzugsrichtung möglich ist,
  • - Bleiglanzkristalle, nichtkubisch kristallisierter Pyrit und ähnliche anisotrope Kristallformen, insbesondere wirteliger Systeme hinreichen­ den Zerteilungsgrades, innerhalb von Lackgrundkomponenten noch hinrei­ chend harzähnlicher Konsistenz, einer außenrichtenden Polarisation in die thermoelektrische (kristallachsenorientierte) Vorzugsrichtung mittels elektrischer Felder unterworfen werden, unter gleichzeitiger strombe­ auflagender, elektrischer Leitwertoptimierung durch Elektromigration,
  • - eine die Thermo-EMK verbessernde, für verschiedene natürliche Verbin­ dungshalbleiter mögliche kristallographische Temperformierung innerhalb heißer Glasphasen anwendbar ist, indem ausreichende Zerteilungsgrade nichtorientierter, nichtkubisch- pyritähnlicher oder ausschließlich an­ isotroper, temperfähiger Verbindungshalbleiter oder intermetallischer Verbindungen in hitzeresistenten, glasartigen Einbettungen vor dem Er­ kalten zu dichtharten oder dem Heißschäumen zu schaumglasigen, thermo­ elektroaktiven Strukturen bei Temperaturen zähflüssig eintretender Kon­ sistenz einem kristallumbauenden, feldbeaufschlagten Tempervorgang mit innerer kristallographischer und außenvorzugsumrichtender Polarisation unterliegen, wobei im Falle eines schnell stattfindenden Blähvorgangs die Feldstärke weggenommen und danach sofort wieder der gerade fertiggestellten, noch heißen Schaumstruktur unvermindert, gegebenenfalls verstärkt bis zur restlosen Erkaltung beauflagt wird,
  • - eine unbegrenzte Anzahl von sprunghaft auslösbaren reversiblen Formie­ rungen zwischen niederohmigen halbleitenden und hochohmigen Zuständen thermoelektroaktiver Wirkphasen (30) möglich sind, die aus halbleiten­ den Chalkogenidgläsern bestehen, welche binäre, ternäre und quaternäre Systeme aus S, Se, Te, As und Cd, Zn, Fe, Bi, Ti, Cu, Ag und solche auf der Basis einiger Übergangsmetalloxide wie z. B. Cu2O und Fe2O3 sind und daß, diese Schaltzuständen entsprechenden Leitfähigkeitsniveaus hin­ sichtlich zu erreichender halbleitender Niederohmigkeit mit Spannungs­ impulsen höher 50 Volt und die Umkehr in den hochohmigen Zustand mit angepaßten Stromimpulsen erreichbar ist,
  • - Ionenreinigung und Nachdotierung an Kristalloberflächen natürlicher Ver­ bindungshalbleiter wie Blenden, Glanze und Kiese angewendet werden, um deren thermoelektrische und elektrische Eigenschaften zu verbessern,
  • - eine modifikationsumwandelnde, vornehmlich thermische Nachformierung schmelz- und schäumbarer, nichtmetallischer Thermoelektrika (3) hin­ sichtlich Bildung elektrischer Leitfähigkeit und Fähigkeit zur Ent­ wicklung einer Thermo-EMK (gegen andere Thermoelektrika (3)) vorgenom­ men wird und demgemäß sich analog eigenschaftsbehaftete Thermoelektri­ ka (3) wie das schmelz- und schäumbare Selen, das unmittelbar nach Schäumung in glasig-amorphem Zustand und nach Temperung in geeigne­ tem Temperaturhaltebereich in eine halbmetallische, elektrisch leiten­ de, mit ausgeprägten thermoelektrischen Eigenschaften versehene, dauer­ hafte Form gerät - diese thermische Nachformierung erfahren,
  • - sulfidische Verbindungshalbleiter, wie Galenit, Pyrit, Chalkopyrit (Schwefelkies) und andere Übergangsmetallchalcogenide mit geeigneten Pyritstrukturen einer unter thermischem Regime stattfindenden, thermo­ chemischen Behandlung unterzogen werden, die eine kristallographische Verbesserung hinsichtlich Reinheit, Kristallinität und Stöchiometrie erzeugt, wobei eine die thermoelektrischen Eigenschaften verbessernde Dotierung thermoelektroaktiver Korngrößen (17) geeigneten Zerteilungs­ grades aus diesen Verbindungshalbleitern mit vorgenommen werden kann,
  • - hydrothermal oder anders entstandene, erzartige Blenden, Glanze und Kiese gegebenenfalls den Prozeß der Ionenreinigung und Nachdotierung absolvieren, wenn so erreichbare, hohe differentielle Thermokräfte dies rechtfertigen,
  • - auf geeignet dichtedifferenzierten, erstarrten Oberflächen spezieller metallischer Schäume (10) oder speziell oberflächenvorbehandelter, ver­ mittels übertragenden oder synthetisierenden Dampfphasentransports unter Zugabe von Dotierungsmitteln über das Zwischenstadium einer primären Pyrrothinkristallsynthese, thermoelektrisch vorzugsorientierte, dotierte polykristalline Pyritschichten verankernd aufgewachsen werden, die zu­ nächst in geeignet ausgerichteten Permanentmagnetfeldern als sich orien­ tierende Pyrrhotinschichten- oder Kristalle aufwachsen und unter Tempe­ raturabsenkung sich in vorzugsorientierte Pyritschichten umwandeln,
  • - der übertragende Dampfphasentransport zu geeigneten oder so vorbehandel­ ten Metallschaum-, Magnetit-, Kohlenstoff- oder Siliciumcarbid- oder Titannitridaufwachsflächen unter Zugabe von Dotierungsmitteln und 5,2 g Brom/Liter einer stark verdünnten Schutzgasatmosphäre aus Wasser­ stoff/Argon innerhalb eines magnetisch durchflutbaren Autoklaven jeweils für p-leitendes oder n-leitendes Pyrit - bei ca. 800 Grad Celsius in einem geschlossenen, mit Magnetfeldern durchflutbaren Autoklaven undo­ tiertes Pyrit aufnimmt und bei ca. 550 Grad Celsius auf der Oberfläche des metallischen Schaums (10) oder vorgenannter Aufwachsflächen Pyrrothin in dotierter, vorzugsrichtungsorientierter Form abscheidet und durch ge­ eignetes, umkehrendes Temperaturregime schließlich Pyrit mit hoher diffe­ rentieller Thermokraft entsteht und mit gleicher Ablauffolge aber milde­ ren Bedingungen mit Jod,
  • - der agressivere Dampfphasentransport mit Chlor andersgeartete Vorbehandlun­ gen der Oberflächen der hierfür noch geeigneten metallischen Schäume (10) erforderlich macht oder eine chlorresistente, durch Laseraufsinterung oder Aufwachsverfahren gewonnene dünne Titannitridzwischenenlage auf dem Metall­ schaum,
  • - der synthetisierende Dampfphasentransport mit Eisenpentacarbonyl oder Dieisennonacarbonyl und Schwefelwasserstoff unter sensiblen Bedingungen bei Reaktionen unter 200 Grad Celsius ohne gleichzeitig stattfindenden Dotierungseintrag stattfinden kann,
  • - der synthetisierende Dampfphasentransport unter robusten Bedingungen bei über 300 Grad Celsius mit Eisen(II)chlorid oder Eisen(II)bromid oder be­ sonders unterlagenschonend mit Eisen(II)jodid und Schwefelwasserstoff oder ab 450 Grad Celsius mit Schwefel und vorgenannten Eisenhalogeniden unter Dotierungseintrag aus der Dampfphase erfolgen kann,
  • - für p-Leitungstyp Dotierungen mit Elementen der V. Hauptgruppe oder VII. Nebengruppe und für n-Leitungstyp Dotierungen mit Elementen der VII. Hauptgruppe oder VIII. Nebengruppe heranzuziehen sind,
  • - hinsichtlich Stöchiometrie insbesondere bei billigem Pyrit und Bleiglanz neben anderen Glanzen eine Schwefelbehandlung zum Defekthalbleiter und eine Vakuumbehandlung zum Überschußhalbleiter führt und damit zur Möglichkeit immenser Steigerung der Thermo-EMK in einer vorteilhaften Homojunktion dieser Verbindungshalbleiter mit sich selbst,
  • - in der Inkrustierung zur Kontaktsinterung (45) vorgesehener, noch frei beweglicher vorgeblähter Partikel vor derselben die oberflächige Einla­ gerung eines ferromagnetischen Subpartikels (44) an einem beliebi­ gen Punkt der noch harzzähen Kruste erfolgt, wobei die thermoelektrische Vorzugsrichtung koordiniert wird mit einer magnetischen Ausrichtung der Weißschen Bezirke des ferromagnetischen Subpartikels (44), welche dieselbe auf das gesamte Partikel überträgt und daß die so durch magnetische und elektrische Feldkomponenten erzwungene Gesamtausrichtung der thermoelektroaktiven Wirk­ phase des Partikels sich in einer freien Schwebephase formiert,
  • - nach Trocknung/Aushärtung der orientierten Partikel diese unter Vibra­ tion und einer einfach erzeugbaren durchgreifenden magnetischen Felkom­ ponente in aufschichtender und sich ausrichtender Weise in keramische Hohlformen einrütteln, wonach sie unter flexiblem Anfangsdruck in die Kontaktsinterung (45) eintreten,
  • - eine gesamtvolumige, homogene, thermoelektrisch vorzugsausrichtende, kon­ tinuierliche Aufwachsformierung (46) zumindest der dichten Aufbauten eini­ ger Varianten großdimensionierter, thermoelektroaktiver Kollektorhauben (19) oder bestimmter, an ihrem äußeren Ende in einen verdichteten Zustand übergehender, thermoelektroaktiver Endzonen (34), sowie insbesondere ther­ moaktiver Flächen für direkte p/n- und n/p-Übergänge mit dem Verfahren der Photopolymerisation erzielbar ist, indem polarisierende, elektrische Felder nur dünne, aus einer Schlitzdüse austretende, zähe, monomere Grün­ lingsfilme thermoelektroaktiver Pasten intensiv durchfluten und orientieren, die zeitgleich nach Austritt von einem Regime durchdringender, ultraviolet­ ter oder blauer Laserstrahlen photopolymerisierend gestartet werden, wobei unter äußerer Erstarrung Verkettung und Vernetzung der Moleküle der Lack­ grundkomponente sich erst nach Vorgang des Aufschichtens oder Aufwickelns der Grünlingsfilme beenden.
16. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 und 2,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - ein unter Treibmitteldruck stehender, verdüsbarer thermoelektroaktiver Schaumleitlack (25) in Sprays bevorratet ist, mit allen düsengängigen Komponenten hinsichtlich der thermoelektroaktiven Korngrößen (17), Leit­ fähigkeitsvermittler (20), bis hin zu faserhaften Armierungen, welche leitfähigkeits- und festigkeitserhöhende Werte dem nach Düsenaustritt sich sofort durch das entspannende Treibmittel selbsttätig aufbauenden nichtmetallischen Schaum (31) verleihen, wobei das Treibmittel der Schäu­ mer (33) ist.
17. Vorrichtung nach Ansprüchen 3, 2, 9, 10, 11 und 15,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - für indifferente Leitlacke (18) und indifferente Schaumleitlacke (24) fol­ gender Ansatz für eine Durchkontaktierende Wirkphase (26) neben anderen ge­ eigneten verwendet wird:
    wahlweise oder in äquivalenten Mischungsanteilen
    Silberpuder 54,4/Kupferpuder 46,2
    Wismutoxid 4,6; Borosilikat 2,7
    Kolophonium 8,3 Terpentin- und Treibmittelanteil insgesamt 30,0,
  • - Kupfer oder Silber in gleichkomponentigen Ansätzen substituiert wer­ den können durch Nickel, Aluminium und Titan und Zinn,
  • - als weitere Leitfähigkeitsvermittler (20) in modifizierbaren Ansätzen mit Epoxidharz oder Borosilikat Titannitrid, lithiumdotiertes Titandisulfid, Silbersulfid, Kupfersulfid, Magnetit und Hartbrandkohlepulver Verwendung finden,
  • - eindimensionale Leiter wie Polyazetylen, dotiertes und undotiertes Poly­ schwefelnitrid, Polyschwefelchlorid und andere geeignete, als hoch eigen­ leitende Lackgrundkomponenten für indifferente (18) und thermoelektroaktive Leitlacke (16) die Grundlage hergeben für eigenleitende dichte Strukturen und Schaumstrukturen, die nach Möglichkeit ein begleitendes nachformierendes Regime in elektrische Vorzugsrichtung orientiert,
  • - die in dichter Phase verbleibenden oder geschlossenzellige Schaumstrukturen mit ausbildenden Lackgrundkomponenten indifferenter und thermoelektroakti­ ver Leitlacke (18), (16), sowie die indifferenter und thermoaktiver Schaum­ leitlacke (24), (25) selbst elektrisch nichtleitend sein können - jedoch wegen besserer Entfaltung der Wirkphasen und eines insgesamt die dichten oder geschäumten Strukturen betreffenden höheren elektrischen Leitwerts vornehmlich elektrisch selbstleitend zu wählen sind - wobei im Falle fehlen­ der Eigenleitfähigkeit der Zusatz von ausreichend Leitfähigkeitsvermittlern (20) erfolgen muß, hingegen eine eigenleitende Lackgrundkomponente mit die­ sen ergänzt sein kann.
18. Verfahren und Vorrichtung nach Ansprüchen 3, 9, 10, 11 und 15,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - für eine Glasphasenfixierung der durchkontaktierenden Wirkphasen (26) oder der thermoelektroaktiven Wirkphasen (30) in dichten Strukturen oder Schaum­ strukturen Glas- oder Frittenkomponente als schonende, niedrigschmel­ zende Borosilikatgrundlagen folgender Zusammensetzungsart in Frage kommen:
    73,8% PbO mit 11,2% B2O3, 14,3% SiO2, 0,2% Al2O3
    oder 73,4% PbO mit 20,0% B2O3, 6,6% SiO2
  • - nach Trocknungsvorgängen vorgegossener, viskoser ausgestrichener oder teigig ausgewalzter Grünschichten der gewählten Zusammensetzungen von
  • - Metallpulver aus Ein- und Mehrkomponentensystemen als Leitfähigkeitsvermittler (20)
    • - thermoelektroaktive Korngrößen (17)
    • - Glaspulver - Blei/Borsilikat
    • - organische Flußmittel zum Einstellen der Viskosität
    • - Plastifikatoren zur Benetzung und Reinigung einbringbarer metallischer Wärme-Kälte-Leiteinrichtungen (21)
    oder sonstiger Armierungen
    bei 100 bis 150 Grad Celsius anschließend eine homogen durchtemperier­ te Flüssigvorhaltephase bei 350 bis 500 Grad erzeugt und gehalten wird, die spontan mit induktivem-dielektrischem Energiestoß zur geschlossen­ zelligen Struktur eines nichtmetallischen Schaums (31) gebläht und gege­ benenfalls unter Durchflutung nachformierender Felder und ebensolcher be­ einflussender, galvanischer Ströme bis zum Erkalten nachformiert wird,
  • - eine Aufwachsformierung nach Anspruch 15 unter Auslassung von Laserlicht in analoger Weise sich mit dünnen aus flüssiger Vorhaltephase zu ziehen­ den Filmen und damit die Ausbildung unbegrenzt großer vorzugsausgerich­ teter thermoelektroaktiver Volumen gestattet, die an jeder denkbaren senk­ recht hierzu ausgeführten Schnittstelle Qualitäten für n/p- und p/n-Uber­ gänge liefern,
  • - die gegebenenfalls nachformierte, dichte, erkaltete Phase vorrichtungs­ gemäß ein hoch hitzebeständiger indifferenter oder thermoelektroaktiver (18) Leitlack (16) und die geblähte, erkaltete Phase demgemäß ein hoch hitzebeständiger, indifferenter (24) oder thermoelektroaktiver Schaumleitlack (25) auf Glas- oder Frittengrundlage ist,
  • - Alkalie - insbesondere Natriumsilikatzusatz die Ausbildung der Traptunne­ lung bei Normaltemperatur mit Überleitung zu beginnender Ionenleitung bei Temperaruren um 200 Grad Celsius erleichtert - wie auch eine sich selbst ausbildende Leitfähigkeits-Nachformierung, wenn kurz solche Arbeitstem­ peraturbereiche unter Stromspannung durchfahren wurden,
  • - Sonderformen glasartiger Strukturen ausbildbar sind mit halbleitenden Chalcogenidgläsern nach Anspruch 15, die von sich aus eine durch Span­ nungsstöße höher 50 Volt zuschaltbare und durch angepaßte Stromstöße ab­ schaltbare thermoelektroaktive Wirkphase (30) darstellen.
19. Verfahren und Vorrichtung nach Ansprüchen 3, 6 und vorhergehenden,
gekennzeichnet dadurch, daß:
  • - mikrokristallines Silizium aus aluminothermischem Prozeß mit Ausgangs­ stoffen Rein-Aluminiumgrieß, Kaliumfluorosilikat oder verunreinigungs­ freiem Quarzstaub als effiziente thermoelektroaktive Korngröße (17) für ther­ moelektroaktive Kollektorhauben (19), thermoelektroaktive Leitlacke (16), thermoelektroaktive Schaumleitlacke (25) oder als pulverförmiges verpreß­ bares Thermoelektrikum (3) gewonnen wird,
  • - die aluminothermische Reduktion eines Gemisches aus 125 Teilen Aluminium­ grieß und 40 Teilen reinem Kaliumfluorosilikat zu reinem kristallisiertem Silizium mit Verwendungsfähigkeit in thermoelektrischen Anordnungen führt und durch Erhitzen einer gegen äußere Atmosphäre hermetisierten Verpressung dieses Gemisches auf 700 Grad Celsius, Abkühlung des Reaktionsgutes und Aus­ waschen mit reiner Salzsäure und destilliertem Wasser erhältlich ist, wobei die Kristallfraktion verbesserte thermoelektrische Eigenschaften durch Erhitzen mit Dotierungsstoffen unter Luftabschluß bekommt,
  • - für eine p-Dotierung in aluminothermischen Ansätzen eine geringe, gut ver­ teilte Menge Bortrioxid, Borosilikat oder Borsäure,
    für eine n-Dotierung eine geringe gut verteilte Menge Aluminiumorthophosphat, Aluminiumdiphosphat oder Aluminiummetaphosphat nach fachmännischem Ermessen zu berücksichtigen ist,
  • - Borhydride für nachträgliche p-Dotierung, roter Phosphor, gelber fester Phosphorwasserstoff für nachträgliche n-Dotierung des durch Reduktionsvor­ gang erhaltenen mikrokristallinen Siliziums geeignet sind, wobei vor der thermischen Nachbehandlung im Temperaturbereich 900-1100 Grad Celsius die Erfordernisse einer Abdichtung, eines hohen Verteilungsgrades, richtiger Verteilungsmenge und danach die Stabilisierung der sich prozeßmäßig ausbildenden Schutzgasatmosphäre während der Abkühlung der fertig dotierten Charge nach fachmännischem Handeln zu gewährleisten sind,
  • - aluminothermische Reduktion von Quarzstaub und Aluminium in Verpressung und ebensolche Reduktion von Quarzstaub mit Magnesium in Verpressung zu Silizium führt, wobei ein fachmännisch zu bemessender Überschuß von Quarz­ staub oder eine Zugabe von Magnesiumoxid die Bildung von siliziumaufzehren­ dem Magnesiumsilizid unterbindet,
  • - die Reduktion von Quarz mit Kohle im elektrischen Ofen zu technisch reinem, die Reduktion von Siliziumtetrachlorid, -bromid, -jodid zu sehr reinem Sili­ zium führt,
  • - die aluminiothermisch sowie durch Quarz-Kohle-Reduktion gewonnenen Sili­ ziumqualitäten in ihren thermoelektrischen Eigenschaften noch verbesserbar sind durch Auflösen in flüssigem Aluminium mit anschließendem Wiederauskri­ stallisieren, wobei ein ausgeprägter größerer Kristalltyp wesentlich größe­ rer Reinheit erhältlich ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, daß das mit Latentspeichermitteln beinhaltete Zellen der Schaumstruktur der Brücken­ elektroden (13) bei der verkittenden Profilkontaktierung (39) und der thermischen Leitprofilkontaktierung (40) thermische Angebote zu speichern und für nachhaltige thermoelektrische Wandlung wieder abzugeben in der Lage sind.
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