Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur unmittelbaren
Umwandlung von Wärme in elektrische Energie mit zwei durch eine Wärmequelle auf
verschiedenen Temperaturen gehaltenen Elektroden, die einander berühren, wobei die
Oberfläche einer der beiden Elektroden an der Berührungsstelle oberflächlich oxydiert
ist.The present invention relates to a device for direct
Conversion of heat into electrical energy with two by one heat source
electrodes held at different temperatures and touching each other, the
Surface of one of the two electrodes is superficially oxidized at the point of contact
is.
Eine solche Vorrichtung beschreibt z. B. die französische Patentschrift
1360 059. Hierbei sind zwei Elektroden, z. B. aus Aluminium, durch eine sehr dünne
Schicht Aluminiumoxid (etwa 4 - 10-7 cm dick), welches durch Anodisierung einer
der Elektroden aufgebracht wurde, voneinander getrennt. Erzeugt man in einer solchen
Anordnung einen Temperaturgradienten zwischen den Elektroden, dann fließen an der
Kontaktstelle mehr Elektronen von der heißeren Elektrode (Emitter) zur kälteren
Elektrode (Kollektor), als in umgekehrter Richtung. Man erhält somit eine elektrische
Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden.Such a device describes z. B. the French patent
1360 059. Two electrodes, e.g. B. made of aluminum, through a very thin one
Layer of aluminum oxide (about 4 - 10-7 cm thick), which is made by anodizing a
the electrodes was applied, separated from each other. One creates in such a
Arranging a temperature gradient between the electrodes, then flow on the
Contact point more electrons from the hotter electrode (emitter) to the colder one
Electrode (collector) than in reverse. An electrical one is thus obtained
Voltage difference between the electrodes.
Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, wie der Erfinder experimentell
feststellte, daß sich wegen des geringen Wärmewiderstandes der extrem dünnen Oxidschicht
eine meßbare Temperaturdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite der extrem dünnen
Trennschicht von z. B. nur 10-7 cm Aluminiumoxid nicht herstellen läßt. Infolgedessen
ist auch die entstehende elektrische Spannungsdifferenz unmeßbar klein. Um meßbare
Werte der Temperaturdifferenz zu erreichen, muß man Tausende solcher Einzelzellen
hintereinander packen. Um die in praktischen Fällen notwendige Temperaturdifferenz
von mehreren 100° C zwischen Anfang und Ende eines solchen Paketes zu erlangen,
braucht man - wie auch die französische Patentschrift in einem Beispiel anführt
- Millionen solcher Schichtelemente. Ein solches Aggregat ist einerseits schwer
herstellbar, andererseits geht man des Hauptvorteils, nämlich des geringen Widerstandes
einer Einheit, durch die Hintereinanderschaltung von Millionen solcher Einheiten
wieder verlustig. Außerdem erhöhen sich die Widerstände der Oxidschichten mit sinkender
Temperatur beträchtlich.Disadvantage of this known arrangement is, as the inventor experimentally
found that because of the low thermal resistance of the extremely thin oxide layer
a measurable temperature difference between the front and back of the extremely thin
Separation layer of z. B. only 10-7 cm aluminum oxide can not be produced. Consequently
the resulting electrical voltage difference is also immeasurably small. To be measurable
To achieve values of the temperature difference, one must have thousands of such individual cells
pack one after the other. To the temperature difference necessary in practical cases
of several 100 ° C between the beginning and the end of such a package,
is needed - as the French patent specification also cites in an example
- Millions of such layer elements. On the one hand, such a unit is heavy
manufacturable, on the other hand one goes the main advantage, namely the low resistance
one unit by connecting millions of such units in series
lost again. In addition, the resistances of the oxide layers increase as they decrease
Temperature considerable.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, bei einer Vorrichtung der
eingangs erwähnten Art eine der Elektroden an der Berührungsstelle als Spitze auszubilden.According to the invention it is therefore proposed that in a device
Form one of the electrodes at the point of contact as a tip, as mentioned at the beginning.
Berührt die Spitze eine Fläche, die sich auf einer von der Spitze
verschiedenen Temperatur befindet, so entsteht für den Wärmefluß eine Stauung. Der
Temperaturausgleich zwischen Spitze und Fläche geht nur langsam vor sich. Durch
Wärmezufuhr zu einer Elektrode läßt sich daher eine dauernde relativ große Temperaturdifferenz
und damit eine große elektrische Spannungsdifferenz in einer einzigen Zelle erzielen.
Die Vorteile dieser Anordnung sind offensichtlich. Die mit einer einzigen Zelle
aus Kupferoxid erreichbare Temperaturdifferenz ist schon so groß, daß sich eine
elektrische Spannungsdifferenz von 0,5 V pro Zelle leicht erreichen läßt. Andererseits
ist die Wärmeableitung durch die Spitze niedrig, und der Widerstand einer einzigen,
sehr dünnen Kupferoxidschicht ist auch niedrig. Es läßt sich auf diese Weise eine
einfachere Vorrichtung mit sehr gutem Wirkungsgrad erreichen.The tip touches a surface that is on one of the tip
is at different temperatures, a congestion occurs for the heat flow. Of the
Temperature equalization between the tip and the surface is slow. By
Heat supply to an electrode can therefore be a permanent, relatively large temperature difference
and thus achieve a large electrical voltage difference in a single cell.
The advantages of this arrangement are evident. The one with a single cell
The temperature difference that can be achieved from copper oxide is so great that a
electrical voltage difference of 0.5 V per cell can easily be achieved. on the other hand
heat dissipation through the tip is low, and the resistance of a single,
very thin copper oxide layer is also low. In this way it can be a
achieve simpler device with very good efficiency.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel. Zwei Kupferelektroden
1a und 1b berühren sich unter Zwischenschaltung einer sehr dünnen Trennschicht 2.
Die eine Kupferelektrode 1 b ist als Spitze ausgebildet. Die Trennschicht2 ist z.
B. ein Kupferoxid, das in einfachster Weise durch oberflächliche Oxydation erzielt
wird, dadurch, daß eine der beiden Kupferelektroden (in der Zeichnung die Elektrode
1 a) in Luft in offener Flamme erhitzt wird. Der Stromkreis wird über einen Strommesser
4 geschlossen. Erhitzt man eine der Kupferelektroden, z. B. das Stück 1a,
in der Nähe der Berührungsstelle mit der Flamme 3, jedoch ohne daß die Flamme in
den Bereich der Trennschicht kommt, so fließt an der Kontaktstelle ein dauernder
Elektronenstrom von der nur durch Wärmeleitung erwärmten und daher kälteren Kupferelektrode
1b auf die heißere Kupferelektrode 1a durch die Trennschicht 2, was durch -I-- und
--Zeichen an dem Strommesser 4 angedeutet ist. An der Berührungsstelle entsteht
zwischen den Kupferelektroden la und 1 b eine ständige elektrische Spannungsdifferenz,
die so lange andauert, als zwischen den Elektroden 1a und 1 b eine Temperaturdifferenz
aufrechterhalten wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Stromrichtung hierbei
umgekehrt verläuft wie nach der angeführten französischen Patentschrift 1360 059.
Macht man die Temperatur der Elektroden 1a und 1b auf beiden Seiten der Trennschicht
2 gleich groß, so ist der Strom und die Spannungsdifferenz gleich Null. Andererseits
läßt sich die Polarität von Strom und Spannung umkehren, wenn die Temperatur der
Kupferelektrode 1 b größer als diejenige der Elektrode 1a wird. Hieraus läßt sich
schließen, daß es sich nicht .um ein Thermoelement herkömmlicher Art handelt. Andererseits
ist es aber auch kein thermoionischer Vorgang, da hierbei der Elektronenstrom in
umgekehrter Richtung fließen müßte.The drawing shows an embodiment. Two copper electrodes 1a and 1b touch each other with the interposition of a very thin separating layer 2. One copper electrode 1b is designed as a tip. The separating layer 2 is e.g. B. a copper oxide, which is achieved in the simplest manner by superficial oxidation, in that one of the two copper electrodes (in the drawing, the electrode 1 a) is heated in air in an open flame. The circuit is closed via an ammeter 4 . If one of the copper electrodes is heated, e.g. B. the piece 1a, near the point of contact with the flame 3, but without the flame coming into the area of the separating layer, a constant stream of electrons flows at the contact point from the copper electrode 1b, which is only heated by heat conduction and therefore colder, to the hotter one Copper electrode 1a through the separating layer 2, which is indicated by the -I-- and - signs on the ammeter 4. At the point of contact between the copper electrodes 1 a and 1 b, a constant electrical voltage difference arises, which lasts as long as a temperature difference is maintained between the electrodes 1 a and 1 b. It should be noted that the direction of the current is the opposite of that according to the cited French patent specification 1360 059. If the temperature of the electrodes 1a and 1b is made the same on both sides of the separating layer 2, the current and the voltage difference are zero. On the other hand, the polarity of current and voltage can be reversed when the temperature of the copper electrode 1b becomes higher than that of the electrode 1a. From this it can be concluded that it is not a conventional thermocouple. On the other hand, it is not a thermionic process either, since the electron current would have to flow in the opposite direction.
Unter einfachen Bedingungen in freier Atmosphäre wurden an einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Vorrichtung unter Verwendung eines Kupferdrahtes von 2 mm Durchmesser
als Elektrode 1a und einer aus dem gleichen Draht gebildeten Kupferspitze 1 b bei
einer Erhitzung des Kupferdrahtes 1a auf etwa 800° C eine Spannung von 0,5 Volt
und eine Stromstärke von 20 mA gemessen.Under simple conditions in a free atmosphere, a
formed device using a copper wire of 2 mm diameter
as electrode 1a and a copper tip 1b formed from the same wire
heating the copper wire 1a to about 800 ° C, a voltage of 0.5 volts
and a current of 20 mA was measured.