[发明专利]用于将热能转换成电能的热电发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将热能转换成电能的热电发电机，其具有多个与模块联接的、设置在热源与冷源之间的珀耳贴元件(Peltierelement)，其中每个珀耳贴元件包括p掺杂柱(p-dotierter Schenkel)和n掺杂柱(n-dotierter Schenkel)，该p掺杂柱和n掺杂柱在其末端处通过电极导电相连。

背景技术

借助热电发电机TEG或者借助珀耳贴元件的废热利用已在多种应用中所公知。在此情况下，珀耳贴元件用于直接将热量转换成电能。使n型半导体和p型半导体配对并且通过外部的温度梯度来移动载流子，由此电流可以在外部回路中流动。

因此，例如在DE 19946806A1中公开了用于根据塞贝克效应(Seebeck-Effekt)来从热能产生电能的方法和装置，其中在吸收热量的模块导电体与释放热量的模块导电体之间以导热接触的方式设置包括大量珀耳贴元件的珀耳贴模块并且该珀耳贴模块通过珀耳贴元件的元件柱遭受温度梯度。所得到的电压通过珀耳贴模块的串联依次接通被相应放大并且被用于产生电流。作为示例性的应用，描述了充分利用发动机组中的废热或者内燃机排气装置中的废热。

此外，在US 4,095.998A中公开了沿着由废气流流经的废气管路星形地设置的包括p型元件和n型元件的多排热电发电机并且因此回收了热电能。各个p型元件和n型元件被类似地构造。

在DE 102004005151A1中描述了用于测量介质状态的传感器装置和系统，其中，将热电发电机用作例如油状态传感器的能量源，该热电发电机借助珀耳贴元件从要被测量的介质(例如，油)与环境之间的温差获得其能量。

发明内容

在所提及的许多应用中，所使用的热电发电机仅具有约5％的非常低的效率。因此，本发明的任务在于显著提高此效率，尤其是在热源呈现局部不均匀温度分布的时候。

根据本发明，此任务是通过如下方式解决的：各个珀耳贴元件(E1、E2、E3...)的p掺杂柱(Sp1、Sp2、Sp3...)和n掺杂柱(Sn1、Sn2、Sn3、...)根据各个珀耳贴元件(E1、E2、E3...)与热源(Q)接触位置处的不同温度值(T₁T₂、T₃...)而包括不同的材料(P1、P2、P3、...、N1、N2、N3...)。根据本发明的发电机的各个模块化联接的珀耳贴元件的p掺杂柱和n掺杂柱并不是类似地构造的，而是在优化将热能转换成电能的效率意义上用不同的材料来制造。

附图说明

以下根据示意图来进一步说明本发明。附图示出：

图1示出了根据现有技术的珀耳贴元件；

图2示出了根据现有技术的珀耳贴元件的有利的变型；

图3示出了根据本发明的用于将热能转换成电能的热电发电机；

图4示出了根据本发明的热电发电机的优选变型；

图5是关于在0℃与600℃之间的温度范围内经分段的珀耳贴元件的热电效率的图示；以及

图6示出了在0℃与600℃之间的温度范围内对不同地构造的珀耳贴元件的效率的比较。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，参照示出了根据现有技术的实施方式的图1和图2。图1中示出了包括p掺杂柱(p-dotierter Schenkel)Sp和n掺杂柱(n-dotierterSchenkel)Sn的珀耳贴元件E1，该p掺杂柱Sp和n掺杂柱Sn借助电极11和12彼此导电相连。在具有温度T₁的热源与具有温度T₀的冷源S之间构成了在图的右边部分中示出的温度梯度g。此外，用箭头示出了从热源Q到冷源S的热流dQ/dt。在最简单的情形中，将对于期望的温度范围T₀至T₁而言具有尽可能好的效率的材料P和N用于柱Sp和柱Sn。

图2示出了对根据图1的珀耳贴元件的改进，其中将p掺杂柱和n掺杂柱细分成具有不同材料P1至P3或者N1至N3的多个部分，以使得在此处可以分别最优地使用与各个梯度曲线g相匹配的材料。