Die Erfindung bezieht sich auf einen thermoelektrischen
Generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a thermoelectric
Generator according to the preamble of claim 1.
Solche thermoelektrischen Generatoren finden dort eine
Anwendung, wo Wärme unmittelbar in elektrische Energie
umzusetzen ist. Die bisher bekannten thermoelektrischen
Generatoren weisen zwei Räume auf, welche auf unter
schiedlichen Temperaturniveaus gehalten sind. Die beiden
Räume sind durch einen alkaliionenleitenden Festelektro
lyten voneinander getrennt, durch den ein als Wärme
transportmittel dienendes Alkalimetall hindurchwandert.
Das Wärmetransportmittel wird von dem Raum mit einer
Temperatur von 200 bis 350°C mittels einer Pumpe wieder
in den Raum mit einer Temperatur von 800 bis 1000°C ge
pumpt. Die hierfür erforderlichen Pumpen sind relativ
groß und benötigten deshalb viel Energie. Ferner neigen
sie, verursacht durch Ablagerungen oder Korrosionspro
dukte, zur Verstopfung. Aus diesen Gründen kann nicht
jeder thermoelektrische Generator mit einer Pumpe ausge
stattet werden. Vielmehr erhalten mehrere zu einem Modul
zusammengefaßte thermoelektrische Generatoren eine ge
meinsame Pumpe. Die Mindestgröße eines solchen Moduls
beträgt etwa 1 kW.Such thermoelectric generators can be found there
Application where heat is directly in electrical energy
is to be implemented. The previously known thermoelectric
Generators have two rooms, which on below
different temperature levels are maintained. The two
Rooms are through an alkali-ion-conducting fixed electro
lyten separated from each other by the one as heat
alkali metal used as a means of transport.
The heat transfer medium is from the room with a
Temperature of 200 to 350 ° C again using a pump
in the room with a temperature of 800 to 1000 ° C ge
pumps. The pumps required for this are relative
large and therefore required a lot of energy. Also tend
it is caused by deposits or corrosion problems
products, for constipation. For these reasons, can not
every thermoelectric generator with a pump
be equipped. Rather, several get to one module
summarized thermoelectric generators a ge
common pump. The minimum size of such a module
is about 1 kW.
Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Tech
nik die Aufgabe zugrunde, einen thermoelektrischen Gene
rator aufzuzeigen, bei dem die bekannten Nachteile sol
cher Einrichtungen ausgeschlossen sind.The invention is based on this state of the art
nik based the task of creating a thermoelectric gene
rator show, in which the known disadvantages sol
facilities are excluded.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features
of claim 1 solved.
Durch die schwenkbare Halterung des thermoelektrischen
Generators ist es auf einfache Weise möglich, die Posi
tion des kälteren Raums mit der Position des wärmeren
Raums in bezug auf die Wärmequelle zu vertauschen. Hier
durch entfällt der Transport des Natriums aus dem kälte
ren Raum in den wärmeren Raum. Eine Zirkulationsleitung
und eine Pumpe mit den eingangs genannten Nachteilen
entfallen ebenso. Der Wirkungsgrad dieser Einrichtung
wird hierdurch gegenüber dem Wirkungsgrad der bekannten
Einrichtungen nicht gemindert. Die mit den Elektroden
verbundenen Stromabnehmer können ohne zusätzliche Isola
tion aus dem Gehäuse geführt werden. Die Polarität läßt
sich auf einfache Weise, z. B. mit einem Schalter ein
stellen. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.Due to the swiveling holder of the thermoelectric
Generator it is possible in a simple way, the Posi
tion of the colder room with the position of the warmer
To swap the room in relation to the heat source. Here
this eliminates the transport of sodium from the cold
their room into the warmer room. A circulation line
and a pump with the disadvantages mentioned above
are also eliminated. The efficiency of this facility
is compared to the efficiency of the known
Facilities not diminished. The one with the electrodes
connected pantographs without additional isola
tion out of the housing. The polarity leaves
yourself in a simple manner, e.g. B. with a switch
put. Further features essential to the invention are in
marked the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schemati
schen Zeichnungen näher erläutert.The invention is based on a schematic
rule drawings explained in more detail.
Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt einen
thermischen Generator 1 der durch ein Gehäuse 2 nach
außen begrenzt ist. Das Gehäuse 2 weist einen ellipsen
nähnlichen Querschnitt auf, und ist aus zwei Gehäuse
hälften 2A und 2B zusammengesetzt. Diese sind wenigstens
bereichsweise von einer Wärmeisolation 23 umgeben. Die
Gehäusehälfte 2A begrenzt einen Raum 3 und die
Gehäusehälfte 2B einen Raum 4. Die beiden Räume 3 und 4
sind durch eine isolierende Scheibe 5 voneinander ge
trennt. Die Scheibe 5 ist beispielsweise aus Alphaalumi
niumoxid gefertigt. Ihre Abmessungen sind so gewählt,
daß sie einige Zentimeter aus dem Gehäuse 2 heraus
nach außen übersteht. Durch die Scheibe 5 sind die bei
den Räume 3 und 4 hermetisch gegeneinander abgedichtet.
Die Scheibe 5 wird mittig durch zwei becherförmige Fe
stelektrolyte 6 und 7 durchsetzt, die mit ihren Öffnun
gen gegeneinander gesetzt sind, und somit im inneren des
Gehäuses 2 einen Raum 8 abtrennen, dessen Wände nur für
Aklaliionen durchlässig sind. Die beiden becherförmigen
Festelektrolyte 6 und 7 sind beispielsweise aus Beta′′-
Aluminiumoxid gefertig. Ihre Längsachsen verlaufen in
einer Ebene mit der großen Achse des ellipsenförmigen
Gehäuses 2. Die Abmessungen der Festelektrolyte 6 und 7
ist so gewählt, daß ihr geschlossenes Ende 6E und 7E nur
wenige Millimeter vor dem Gehäuse 2 endet. Der Durch
messer der Festelektrolyte 6 und 7 entspricht etwa einem
Fünftel der kleinen Achse des ellipsenförmigen Gehäuses
2. Der durch die Festelektrolyte 6 und 7 gebildete Raum
8 ist mit einem als Kapillarstruktur dienenden Material
9 ausgefüllt, das, z. B. aus einem Edelstahlfilz herge
stellt ist. In definiertem Abstand von dem Festelektro
lyten 6 bzw. 7 ist in jedem der beiden Räume 3 und 4 ein
Zylinder 10 bzw. 11 angeordnet, auf die Scheibe 5 aufge
setzt und mit dieser dauerhaft verbunden. Die beiden
Zylinder 10 und 11 sind aus einem isolierenden Material,
beispielsweise Alphaaluminiumoxid gefertigt. Auf der
Oberfläche der beiden Festelektrolyte 6 und 7 ist je
weils eine Elektrode 12 bzw. 13 angeordnet. Diese Elek
troden 12 und 13 sind aus einem porösem Material gefer
tigt, daß beispielsweise aus Molybdän oder Titannitrid
besteht. Die Elektroden 12 und 13 sind etwa 1 µm dick.
The only figure belonging to the description shows a thermal generator 1 which is delimited to the outside by a housing 2 . The housing 2 has an elliptical cross-section, and is composed of two halves 2 A and 2 B together. These are at least partially surrounded by thermal insulation 23 . The housing half 2 A delimits a space 3 and the housing half 2 B a space 4 . The two rooms 3 and 4 are separated by an insulating disc 5 ge. The disc 5 is made, for example, of Alphaalumi niumoxid. Their dimensions are chosen so that they protrude a few centimeters out of the housing 2 . The disk 5 hermetically seals them in rooms 3 and 4 . The disc 5 is penetrated in the center by two cup-shaped Fe stelectrolytes 6 and 7 , which are set against one another with their openings, and thus separate a space 8 in the interior of the housing 2 , the walls of which are permeable only to accretions. The two cup-shaped solid electrolytes 6 and 7 are made, for example, of beta ′ ′ - aluminum oxide. Their longitudinal axes run in one plane with the major axis of the elliptical housing 2 . The dimensions of the solid electrolytes 6 and 7 are chosen so that their closed end 6 E and 7 E ends only a few millimeters in front of the housing 2 . The diameter of the solid electrolytes 6 and 7 corresponds to approximately one fifth of the small axis of the elliptical housing 2 . The space 8 formed by the solid electrolytes 6 and 7 is filled with a material 9 serving as a capillary structure. B. is from a stainless steel felt Herge. At a defined distance from the Festelektro lyten 6 and 7 , a cylinder 10 and 11 is arranged in each of the two rooms 3 and 4 , is placed on the disc 5 and permanently connected to it. The two cylinders 10 and 11 are made of an insulating material, for example alpha aluminum oxide. On the surface of the two solid electrolytes 6 and 7 , an electrode 12 or 13 is arranged in each case. These electrodes 12 and 13 are made of a porous material, such as molybdenum or titanium nitride. The electrodes 12 and 13 are about 1 micron thick.
Sie werden auf die Oberfläche der Festelektrolyte 6 und
7 aufgesputtert, derart, daß sie eine Porosität von etwa
50% bezogen auf die theoretische Dichte des oben ge
nannten Werkstoffs aufweisen. Die beiden Elektroden 12
und 13 sind so aufgetragen, daß sie das geschlossene
Ende des jeweiligen Festelektrolyden 6 und 7 überdecken
und jeweils bis kurz vor die isolierende Scheibe 5 ge
führt sind. Jede der beiden Elektroden 12 und 13 ist mit
einem aus dem Gehäuse 2 herausgeführten Stromabnehmer 14
bzw. 15 verbunden. Das Gehäuse 2 ist beweglich gelagert,
und kann um eine Achse 16 gedreht werden, die in einer
Ebene mit der kürzeren Achse des ellipsenförmigen Gehäu
ses 2 verläuft. Der Raum 3 des thermoelektischen Genera
tors 1 ist in der Figur im Brennpunkt eines Parabolspie
gels 20 angeordnet. Mit diesem wird die von der Sonne
kommende Strahlung gebündelt und auf das Gehäuse 2 ge
lenkt. Anstelle des Parabolspiegels 20 kann auch eine
künstliche Wärmequelle 20 in Form eines Brenners für
fosile Brennstoffe oder eine nukleare Wärmequelle ver
wendet werden, um die Räume 3 bzw. 4 auf eine Temperatur
von 1000°C aufzuheizen. Zur Kühlung des Raumes 4, der in
der Figur auf der Seite angeordnet ist, die von der Wär
mequelle 20 wegweist, ist ein Kondensator 21 vorgesehen.
Der Raum 3, der in der Figur der Wärmequelle 20 am näch
sten angeordnet ist, enthält Natrium 22. Mit Hilfe der
Wärmequelle 20 wird der Raum 3 auf etwa 1000°C erhitzt.
Hierdurch beginnt das Narium zu verdampfen. Die Natrium
ionen wandern durch die alkaliionenleitenden Wände 6 des
Raumes 8. In dessen Innenraum werden die Natiumionen mit
Hilfe der Kapillarstruktur 9 in den Teil des Raumes 8
transportiert, der in den Raum 4 hineinragt. Von dort
wandern die Natriumionen wegen des bestehenden Druckgra
dienten zwischen den Räumen 4 und 8 durch die alkalii
onenleitenden Wände des Festelektrolyten 7 hindurch und
gelangen in den Raum 4. Dieser wird mit Hilfe des Kon
densators 21 auf einer Temperatur von 100°C gehalten.
Bei dieser Temperatur wird das Natrium in den flüssigen
Zustand zurückgewandelt und sammelt sich zwischen dem
Gehäuseteil 2B und dem Zylinder 11 an. Mit Hilfe einer
Füllstandsanzeige wird die Menge des flüssigen Natriums
innerhalb des Raumes 4 gemessen. Ist ein oberer Gren
zwert erreicht, so wird das Gehäuse 2 um die Achse 16
gedreht, so daß nunmehr der Raum 4 in unmittelbarer Nähe
der Wärmequelle 20 angeordnet wird. Gleichzeitig wird
der Raum 3 im Bereich des Kondensators 21 angeordnet,
und von diesem auf eine Temperatur von 100°C abgekühlt.
Es beginnt nun wieder der gleiche Prozeß. Das im Raum 4
enthaltene flüssige Natrium wird auf Grund der jetzt im
Raum 4 herrschende Temperatur von etwa 1000°C verdampft.
Die Natriumionen wandern durch den Festelektrolyten 7 in
den Innenbereich des Raumes 8 und werden dort mit Hilfe
der Kapillarstruktur 9 innerhalb des Raumes 8 in den
Bereich des Raumes 3 transportiert. Dort verlassen sie
wieder den Innenbereich des Raumes 8, in dem sie durch
die Wand des Festelektrolyten 6 hindurchwandern. Auf
grund der niedrigeren Temperatur des Raumes 3 wird das
Natrium verflüssigt und jetzt zwischen dem Gehäuseteil
2A und dem Zylinder 10 gesammelt, bis eine definierte
Menge an Natrium in dem Raum 3 enthalten ist. Erfin
dungsgemäß besteht die Möglichkeit, den Raum, der sich
im Bereich des Kondensators 21 befindet, in einer insta
bilen Position zu halten. Hat sich in diesem Raum eine
definierte Menge an Natrium angesammt, so schwenkt der
Raum 3 in eine stabile Position in der Nähe der Wärme
quelle 20. Ansonsten besteht die Möglichkeit, mit Hilfe
einer Füllstandsanzeige die Menge des Natriums zu erfas
sen, und mit einer Steuereinrichtung (hier nicht darge
stellt) beim Erreichen einer vorgegebenen Menge an
Natrium die Drehung des Gehäuses zu bewirken.They are sputtered onto the surface of the solid electrolytes 6 and 7 in such a way that they have a porosity of about 50% based on the theoretical density of the above-mentioned material. The two electrodes 12 and 13 are applied so that they cover the closed end of the respective solid electrolyte 6 and 7 and are each shortly before the insulating disk 5 leads ge. Each of the two electrodes 12 and 13 is connected to a current collector 14 and 15 led out of the housing 2 . The housing 2 is movably mounted, and can be rotated about an axis 16 which runs in a plane with the shorter axis of the elliptical housing 2 . The space 3 of the thermoelectric generator 1 is arranged in the figure in the focus of a parabolic mirror 20 . With this, the radiation coming from the sun is bundled and directed onto the housing 2 . Instead of the parabolic mirror 20 , an artificial heat source 20 in the form of a burner for fossil fuels or a nuclear heat source can be used to heat rooms 3 and 4 to a temperature of 1000 ° C. To cool the room 4 , which is arranged in the figure on the side facing away from the heat source 20 , a condenser 21 is provided. The space 3 , which is arranged next in the figure of the heat source 20 , contains sodium 22nd With the help of the heat source 20 , the room 3 is heated to about 1000 ° C. This causes the narium to evaporate. The sodium ions migrate through the alkali ion conducting walls 6 of the room 8 . In the interior thereof, the sodium ions are transported with the help of the capillary structure 9 into the part of the space 8 which projects into the space 4 . From there, the sodium ions migrate because of the existing Druckgra served between rooms 4 and 8 through the alkali onenleitenden walls of the solid electrolyte 7 and get into the room 4th This is kept with the help of the capacitor 21 at a temperature of 100 ° C. At this temperature, the sodium is converted back into the liquid state and accumulates between the housing part 2 B and the cylinder 11 . With the help of a level indicator, the amount of liquid sodium within the room 4 is measured. If an upper limit is reached, the housing 2 is rotated about the axis 16 , so that the space 4 is now arranged in the immediate vicinity of the heat source 20 . At the same time, the space 3 is arranged in the region of the capacitor 21 , and is cooled by it to a temperature of 100 ° C. The same process begins again. The liquid sodium contained in the chamber 4 is evaporated due to the now prevailing in the chamber 4 temperature of about 1000 ° C. The sodium ions migrate through the solid electrolyte 7 into the interior of the room 8 and are transported there with the help of the capillary structure 9 within the room 8 into the area of the room 3 . There they leave the interior of the room 8 again , in which they migrate through the wall of the solid electrolyte 6 . Due to the lower temperature of the room 3 , the sodium is liquefied and now collected between the housing part 2 A and the cylinder 10 until a defined amount of sodium is contained in the room 3 . Invention according to the invention, there is the possibility to keep the space in the region of the capacitor 21 in an unstable position. Has a defined amount of sodium accumulated in this room, the room 3 swings into a stable position near the heat source 20th Otherwise, there is the possibility of using a level indicator to detect the amount of sodium, and using a control device (not shown here) to cause the housing to rotate when a predetermined amount of sodium is reached.