用于产生热电流的元件及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201180068566.2 | 申请日 | 2011-12-07 | 公开(公告)号 | CN103649007B | 公开(公告)日 | 2016-06-29 |
| 申请人 | 杰哈德·艾伊斯; | 发明人 | 杰哈德·艾伊斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于产生热 电流 的热电元件（9），其由至少两个层（1，2）和两个金属电 接触 件（4，5）形成。所述层（1，2）包含主要由石灰和 石英 砂形成的混合物，其中所述层（1,2）具有不同的混合物。使用不同厚度的金属电接触件（4，5）和层（1，2），所述热电元件（9）主要可制造成 门 面包层、 墙壁 元件或墙纸。本发明此外还涉及热电元件（9）的制备方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于产生热电流的热电元件（9），其由至少两个层（1，2）和由两个金属电接触件（4， |
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| 说明书全文 | 用于产生热电流的元件及其制备方法[0001] 本发明涉及热电元件以及制备热电元件的方法。 [0002] 基于增长的电能需求和化石燃料的枯竭以及降低CO2排放的要求，需要获取源自再生能源的能量。为此，除了风力和水力，尤其是可以提供自然界的源自太阳能和热源的热量以及工业废热。长期以来，作为赛贝克效应已知将热能转化成热电流。 [0003] 在产生热电流时，利用两种金属之间的温度差。产生热电流基于的原理在于，电荷载体在温度差的作用下重新分组（gruppieren）。只要在接触件（Kontakte）之间存在温度差，通过重新排列在两种金属的接触件上就产生电压。该现象例如应用于热电元件（所谓的TE）和热电发电机（所谓的TEG）。 [0004] 在过去几年中，大量的公开文章描述了用于获取热电流的不同方法和装置。几乎所有的这些公开文章基于半导体技术。其中，已知的例如主要有DE 102 31 445 A1、DE 102 30 080 A1、DE 102 32 445 A1、US 6 300 150 B1和US 6 396 191 B1。 [0005] 此外，存在许多公开文章描述了传统的热电元件的各种应用可能性。其中，主要从DE 101 24 623 A1、DE 199 46 806 A1、NL 1 020 485 C2和WO 2009/030236 A2已知一些应用实例。公开出版物GUERREROVHET等人的"Thermoelectric property tailoring by composite eingineering", JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, SPRINGER NETHERLANDS, NL. Bd.37,Nr.9, 2002年10月1日，第4127-4236页，XP002505017，ISSN：0022-2461，DOI：10.1023/A：1020083718789公开了一种用于产生热电流的热电元件，它由至少两个层和由至少两个金属接触件形成，其中所述层具有不同的混合物和它们的混合物含有波特兰水泥和“热解法二氧化硅（silica fume）”。由于其低的效率和其高的制备成本，传统的热电元件目前不经济，并且其应用目前仅限于很少的领域。为了实现更好的性能指标，目前研究具有纳米结构的热电发电机，然而其非常复杂并因此昂贵。 [0006] 已知的热电元件或者热电发电机的共同缺点在于，用于产生热电流分别需要一种装置，该装置可以用来将传统的热电元件安装到墙上或者暴露面上。因此，需要额外的技术和因此财政消耗，以便产生所述的热电流。 [0007] 本发明将提供克服这些缺陷的改进措施。本发明的目的在于，在没有额外的装置和发电机的情况下可以产生热电流。根据本发明，该目的通过根据权利要求1的用于产生热电流的热电元件而实现，该热电元件由至少两个层和由两个金属电接触件形成，其中所述层具有不同的混合物和其混合物含有石灰和石英砂，其中所述层之间布置织物。 [0008] 通过本发明实现了用于产生热电流的热电元件，其中通过单个层之间的温度差产生热电压，该热电压借助该热电元件的暴露表面上的金属接触件而被除去。此外，本发明提供了在不必安装额外装置的情况下产生热电流的可行性。另外，本发明的元件可以用来建立或者包裹由大量的本发明元件形成的建筑物，并由此直接产生电流。因此，不再必需在形成的建筑物上再安装用于产生热电流的额外的装置。这样可以节省大量费用，从而可以在一定地区范围内（flächendeckend）通过低的经济支出使用热电流。 [0009] 在本发明的实施方式中，所述层和所述织物（Tuch）夹层式地彼此相连。由此保证可以制备大面积的热电元件。 [0011] 此外，本发明的目的通过根据权利要求12的热电元件的制备方法而实现，其中提供用于所述第一层的由石英砂粉、石灰、矾土、铁素体和钾形成的第一混合物以及用于所述第二层的由石英砂粉、石灰、矾土、石膏和钠形成的第二混合物，然后将两种混合物分别与甲基纤维素和水搅拌成粘糊状物料，将所述第一层的第一混合物薄薄地涂覆到织物上，并且在仍然湿润的层上侧安装负极电接触件，将所述第二层的第二混合物涂覆到织物的另一侧上，并且在其上安装正极电接触件，随后干燥所述元件。 [0013] 图1 用于产生热电流的热电元件的示意图，该热电元件连接到一个电消耗器上。 [0014] 本发明的用于产生热电流的热电元件9由至少两个层1,2和由两个金属电接触件4，5形成。所述层1，2具有不同的混合物。其混合物含有石灰和石英砂。此外，所述层1,2可以具有矾土成分。为了使制备层1,2所必需的物质可以可靠地结合，其中可以含有甲基纤维素成分。 [0016] 在具体实施方式中，在所述层1和2之间布置织物3。所述层1和2以及所述织物3夹层式地彼此相连。所述织物3具有粘胶纤维成分。在变化的具体实施方式中，所述织物3可以分别根据使用情况还含有羊毛、棉花和纤维素成分。 [0017] 在所述层1和2上布置金属电接触件4,5，在金属电接触件4,5上连接电导体6,7。通过电导体6,7将所述层1和2电学上彼此相连。在所述导体6,7之间布置消耗器8。 [0018] 所述电接触件4构成元件9的负极，所述电接触件5构成元件9的正极。在具体实施方式中，电接触件4由铝片构成。在变化的具体实施方式中，所述电接触件4也可以构成为锡片、铝箔、锡箔或者钢片。所述电接触件5由铜箔构成。然而，电接触件5也可以由黄铜、铜箔、青铜或康铜构成。 [0019] 通过加热形成热侧（Warmseite）的层1，并且同时不变化或者通过额外冷却降低形成冷侧（Kaltseite）的层2的温度而进行电子的重新分组。因此，在元件9的热侧上的电子比起在冷侧上的电子具有更高的动能。更大的动能引起热电子在元件9中比起冷电子更广泛地分布。以这种方式产生了不平衡，因为在冷侧上的电子密度增加。这样进行，直到构成的电压使得同样大小的冷电子电流流向热侧。 [0020] 由于织物3的绝热作用，不会同时发生从层1向层2的热转移。由此，在层2中的温度没有受到向层1的热辐射的影响。这样是很有利的，因为在层1和2之间的温度差在本发明的元件中在获得电流时对功效能力具有根本的影响。 [0021] 本发明的热电元件9根据下列步骤制备：在准备阶段，将甲基纤维素（墙纸浆糊）和水在干净的钵中搅拌，直到形成粘稠的粘性物料。在第二个钵中，将用于第一层1的由45%石英砂粉、50%石灰、4%矾土、0.5%铁素体和0.5%钾一起形成的第一混合物逐渐地与所述墙纸浆糊混合，直到形成粘糊状物料。替代钾可以使用氯化钾。在第三个钵中，将用于第二层2的由45%石英砂粉、50%石灰、4%矾土、0.5%石膏和0.5%钠一起形成的第二混合物逐渐地与所述墙纸浆糊混合，直到形成粘糊状物料。替代钠可以使用钛酸钠（苏打）。在混合物中需要注意，其是指重量比。 [0022] 在第二工作流程中，将所述第一层1的第一混合物薄薄地涂覆在薄的织物3上。在仍然湿润的层上侧安装金属片或者金属箔作为负极电接触件4。作为负极接触件，除了铝合适的还有钢片和锡。 [0023] 将所述第二层2的第二混合物薄薄地涂覆在织物3的另一侧上，并且在其上安装由铜、青铜、黄铜或者康铜形成的金属片或金属箔作为正极电接触件5。在两个金属电接触件4,5上安装电导体6,7。借助电导体6,7可以将单个热电元件彼此串联或者并联。然后可以将所述电导体6,7连接到电消耗器8。 |
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