DE3005112A1

DE3005112A1 - Thermoelectric generator - functionally combined with heat exchanger has higher overall efficiency

Info

Publication number: DE3005112A1
Application number: DE19803005112
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 6380 Bad Homburg Bojak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-12
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1981-08-20

Abstract

A thermoelectric generator, esp. for the water electrolysis, is functionally coupled with a heat exchanger system so that the hot medium heats the hot junctions and the cold medium cools the cold junctions. The heat flow, compounded of conductive heat and Joule's heat, is thereby used to heat the low temp. medium. The heat flow along the legs from hot to cold junction which contributes to the poor efficiency of a thermoelectric generator is now turned to good effect.

Description

Thermoelektrischer Generator Thermoelectric generator

vorzugsweise für Wasser-Elektrolyse funktionell kombiniert mit Wärmetauscher-Systemen. preferably for water electrolysis functionally combined with heat exchanger systems.

Der thermoelektrische Effekt und auch die Anordnung mehrerer Thermoelemente zu einer Thermo-Säule sind seit langem bekannt. The thermoelectric effect and also the arrangement of several thermocouples to a thermo-column have long been known.

Eine technisch-industrielle Anwendung in grbsserem Umfang ist bisher unterblieben, da der Wirkungsgrad sehr unbefriedigend war.A technical-industrial application on a larger scale is up to now were omitted because the efficiency was very unsatisfactory.

Nachteilig ist insbesondere die Wärmeleitung von den heissen zu den kalten Lötstellen durch die Element-Schenkel, die bei Metallen nach dem Gesetz von Wiedemann-Franz mit der elektrischen Leitfähigkeit verknüpft ist. Der Einsatz gewisser Halbleiter hat Verbesserungen gezeigt; doch blieb der wärmetechnische Wirkungsgrad immer noch ungenügend. Auch spezielle Vorschläge zur Material-Behandlung und Formgebung der Elemont-Bauteile führten noch nichtzu technisch-wirtschaftlich brauchbaren Bauarten.A particular disadvantage is the conduction of heat from the hot to the cold soldering points through the element legs, which in the case of metals according to the law of Wiedemann-Franz is linked to electrical conductivity. The use of certain Semiconductor has shown improvements; but the thermal efficiency remained still insufficient. Also special suggestions for material treatment and shaping of the Elemont components did not lead to technically and economically viable types.

Erfindungsgemäss werden Anordnungen, Betriebsweisen und spezielle Bauarten von wesentlichen Elementen eines thermoelektrischen Generators beschrieben, der in einer Gesamt-Wertung zu guten wärmewirtschaftlichen Ergebnissen führt mit vorteilhaften Anwendungsmlglichkeitsn für Elektrolyse-Verfahren, wobei vorzugsweise an Wasser-Elektrolyse zur Gewinnung von Wasserstoff gedacht ist0 Eine wesentliche neuartige Besonderheit des thermoelektrischen Generators liegt darin, das die ThermosKule funktionell und baulich integriert bzw. gekoppelt ist mit einem Wärmetauscher-System, worin in einer speziellen Zielsetzung bzw. Nutzanwendung Wärme von einem Medium auf ein anderes übertragen wird. Erfindungsge mäss fliesst der Wärmestrom in den Element-Schenkeln in der gleichen Richtung, so dass auch Bauteile der Thermosäule zum Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien beitragen. Der sonst unerwünschte Wärmefluss in den Element-Schenkeln von den heissen zu den kalten Lötstellen ist dann kein Verlust mehr, so dass der separate Wirkungsgrad der Thermosäule in einer Gesamt-Wertung bzw. According to the invention, arrangements, modes of operation and special Described types of essential elements of a thermoelectric generator, which leads to good thermal economic results in an overall rating advantageous application possibilities for electrolysis processes, whereby preferably water electrolysis for the production of hydrogen is intended0 An essential one The new special feature of the thermoelectric generator is that the ThermosKule is functionally and structurally integrated or coupled with a heat exchanger system, in which, in a specific objective or application, heat from a medium is transferred to another. According to the invention, the heat flow flows into the Element legs in the same direction, so that also components of the thermopile contribute to the heat exchange between the two media. The otherwise undesirable one Heat flow in the element legs from the hot to the cold soldering points then no more loss, so that the separate efficiency of the thermopile in one Overall rating or

in einem Gesamt-Wirkungsgrad zusammen mit dem Wärmetauscher relativ unerheblich bzw. eliminiert wird.in an overall efficiency together with the heat exchanger relative irrelevant or is eliminated.

Andererseits bleibt es vorteilhaft, den Teil-Wirkungsgrad der Thermosäule se gut als möglich zu machen und die Bauteile des thermoelektrischen Generators se optimal wie möglich auszunutzen. On the other hand, it remains advantageous to reduce the partial efficiency of the thermopile se as well as possible and the components of the thermoelectric generator to make the best possible use of them.

Wesentlich hierfür ist ein. mSglichst grosse Temperatur-Differenz zwischen den heissen und den kalten Lötstellen. Wenn ausgegangen wird von der zur Verfügung stehenden Temperatur-Differens von zwei Medien zwischen denen ein Wärme-Austausch stattfinden soll und die auch zum Betrieb des gekoppelten thermoelektrischen Generators zur Verfügung stehen, dann sollte diese Temperatur-Differeine möglichst v.llständig an den Lötstellen der Thermosäule existieren. Es werden daher erfindungagemäss auch besondere Massnahmen getroffen zur optimalen Beheizung der Heiss-Lötstellen und insbesondere für eine intensive Kühlung der Kalt-Lötstellen, um die aus der Wärmeleitung in den Element-Schenkeln resultierende Verminderung der Temperatur-Differenz zu minimieren. Zu diesem Zweck wird das kalte Medium in einem zwangs läufigen Strom zur Konvektions-Kühlung an den Kalt-Lötstellen vorbeigeführt. Weitere Elemente, wie wärme-isolierende Umhüllungen oder Rippen an einigen Stellen der Thermoelemente,sollen zusätzlich zur Stabilisierung der Temperatur-Differenz beitragen.Essential for this is a. As large a temperature difference as possible between the hot and cold solder joints. If the for Available temperature difference of two media between which a heat exchange should take place and also to operate the coupled thermoelectric generator are available, then this temperature difference should be as complete as possible exist at the soldering points of the thermopile. There are therefore also according to the invention special measures are taken for optimal heating of the hot solder joints and especially for an intensive cooling of the cold soldering points in order to avoid the conduction of heat in the element legs resulting reduction in the temperature difference minimize. For this purpose, the cold medium is forced into a flow passed the cold soldering points for convection cooling. Other elements, such as heat-insulating sheaths or ribs at some points on the thermocouples also contribute to the stabilization of the temperature difference.

Zur Steigerung der Effektivität der Thermosäule wird weiterhin vorgeschlagen, die Kontakt-Flächen der Element-Paare an den Löt stellen, wo die elektromotorisohe Kraft entsteht, für den Stromdurchgang möglichst @ross zu machen bzw. größer als den Querschnitt der Element ~#chenkel. Mit einer speziellen Scheiben-Bauweise der Schenkel soll das Verhältnis von elektrischer Leitung zur Wärmeleitung zugunsten der elektrischen Leitung verbessert werden. To increase the effectiveness of the thermopile, it is also proposed that Place the contact surfaces of the element pairs on the solder where the electric motor isohe Force arises to make the passage of current as @ross as possible or greater than the cross-section of the element ~ # thenkel. With a special disc construction of the Leg is said to favor the ratio of electrical conduction to heat conduction electrical conduction can be improved.

Ausgewählte Beispiele von integrierten Bauweisen von Generater und Wärmetauschern zeigen besonders vorteilhafte Möglichkeiten zur gekoppelten Nutzung von Wärme trägern, wie sie in der Indutrio anfallen, und zur Koppelung mit bereits praktizierten Wärmeaustausch-Verfahren, z.B. in der Hütten- Kraftwerks- und Verfahrenstechnik, Eine vorteilhafte Bauweise des Generators hat als Basis-Element eine Montage-Platte, die gleichzeitig als Trennwand zwischen dem heissen und dem kalten Medium flrngiert, mit den eingebauten bzw. Selected examples of integrated construction methods from Generater and Heat exchangers show particularly advantageous options for coupled use of heat carriers, as they occur in the Indutrio, and for coupling with already practiced heat exchange processes, e.g. in smelter, power plant and process engineering, An advantageous construction of the generator has a mounting plate as a base element, which at the same time acts as a partition between the hot and cold medium, with the built-in resp.

durchgeführten Element-Schenkeln, Die Element-Schenkel werden zweckm#ssigerweise als runde Sträbe bzw. Zylinder ausgeführt, da sich dann auch eine einfache und zuverlassige Bauart für die in die Trennwand eingebauten elektrisch isolierenden Dichtungen ergibt, die ausserdei noch eine geringe Verschiebung der Schenkel im Betrieb infolge Wärme-Dehnung zulassen sollen. Die Montage-Platte mit Thermosäule wird aus Garenden der rationellen Fertigung vorzugsweise in Modul-Einheiten ausgelegt bzw. hergestellt, die dann in der Funktion kombiniert werden in Anpassung an die erforderliche Leistung bzw. andere teehnioche Daten und Einbau~ Bedingungen. Zusätzliche Vorteile bietet eie#senkrechte Anordnung der Element-Schenkel insbesonderö bei grossem Querschnitt bzw. Gewicht, wie es für grosse Stromstärken notwendig werden könnte* Das Gwicht kann dann mittels relativ einfacher isolierender Abstützungen bzw* Auflagen am unteren Ende der Thermo-Paare getragen werden. Die Bauart der Element-Schenkel mit grossem Querschnitt führt zu einem kleinem elektrischen Widerstand und damit auch zur Erzeugung einer relativ geringen Strom-Wärme, der sog. Joule-Wärme, die aber in der mit Wärmetauschern gekoppelten Funktion ebenfalls nutzbar gemacht wird.The element legs are expediently designed as round rods or cylinders, as a simple and reliable one The type of construction for the electrically insulating seals built into the partition, which also has a slight displacement of the legs during operation due to thermal expansion should allow. The mounting plate with thermopile is made from the rational Production preferably designed or manufactured in module units, which are then in the function can be combined in adaptation to the required performance or others technical dates and installation conditions. A # vertical one offers additional advantages Arrangement of the element legs, especially with a large cross-section or weight, how it could be necessary for large currents * The weight can then be by means of relatively simple insulating supports or * pads at the lower end of the thermal pairs be worn. The design of the element legs with a large cross-section leads to a small electrical resistance and thus also to generate a relative low electricity heat, the so-called Joule heat, which is coupled with heat exchangers Function is also made usable.

Die Figuren 1 zeigen Thermoelemente in bekannten prinzipiellen Anordnungen als Thermosäule. Figures 1 show thermocouples in known basic arrangements as a thermopile.

In Fig.la sind die Thermoelemente mit den Schenkeln aus dem Material E1 und E2 derart übereinander angeordnet, dass die kalten Lötstellen LK auf der einen Seite und die heissen LBtstellen LH auf der anderen Seite liegen. Mit einem Pfeil W ist die Richtung des Wärmeflusses in den Schenkeln angedeutet. In Fig.la the thermocouples with the legs are made of the material E1 and E2 arranged one above the other in such a way that the cold solder joints LK on the one side and the hot LBtstellen LH on the other side. With a Arrow W indicates the direction of the heat flow in the legs.

Fig. 1b zeigt die Anordnung einer sog. linearen Thermosäule, wo z.B. die kalten Lötstellen LK zentral in der Mitte angeordnet sind und die heissen Lötstellen wechselseitig links und rechte aussen. Fig. 1b shows the arrangement of a so-called linear thermopile, where e.g. the cold soldering points LK are arranged centrally in the middle and the hot soldering points alternately left and right outside.

Die Figuren 2 zeigen Beispiele von Hlrmetauscher-Sybtemen, In FiF.2a fliesst ein Medium M1,'z.B. Gas oder Flüssigkeit, durch das System S1, z.B. einen Kanal eder Behälter, während im Gegenstrom ein Medium M2 mit einer anderen Eintritts-Temperafur durch das System S2 strömt* Durch die Wandungen von S2, vorzugsweise aus Metall, findet der Wärmeaustauch statt. Figures 2 show examples of hearing exchange systems, In FiF.2a a medium M1 flows, e.g. Gas or liquid, through the system S1, e.g. Channel of each container, while in countercurrent a medium M2 with a different inlet temperature flows through system S2 * through the walls of S2, preferably made of metal, heat exchange takes place.

In Fig.2b ist das System S eine Rohrschlange entsprechend in der Prax#s häufig angewendeten Ausführungen. In Figure 2b, the system S is a coil corresponding to the Prax # s frequently used versions.

Fig.3 zeigt, wie eine Thermosäule baulich und funktionell in ein Wärmetauscher-System integriert ist. Ein Wärmeträger-Medium H1 mit einer hohen Temperatur strbmf durch das System S1, während ein Mediun M2 mit einer niedrigeren Temperatur durch das System S2 strömt. Di. Systeme S1 und S2 sind durch eine Trennwand T getrennt. Fig.3 shows how a thermopile structurally and functionally in a Integrated heat exchanger system. A heat transfer medium H1 with a high temperature strbmf through the system S1, while a mediun M2 with a lower temperature flows through the system S2. Systems S1 and S2 are separated by a partition T.

In die Trennwand eingebaut bzw. mit den Element-Schenkeln E1 und B2 abgedichtet und elektrisch isoliert durchgesteckt ist die Thermosäule bzw. der thermoelektrische Generator. Die Heiss-Lötstellen LH werden vom Medium X1 beheizt; die Kalt-L8tstellen LK werden vom Medium >(2 gekühlt. Der elektrische Strom der in der Säule hintereinandergeschalteten Thermoelemente wird an den nach aussen geführten Kontakten + und - abgegriffen. Di. in den Element-Schenkeln Et und E2 fliessenden Wärmeströme V1 und W2 werden zur Erwärmung des Mediums M2 genutzt. Die Trennwand T kann ebenfalls zum Wärmeaustausch verwendet oder auch als Isolier-Wand ausgeführt werden.Installed in the partition wall or with the element legs E1 and B2 The thermopile or the thermoelectric one is plugged through in a sealed and electrically insulated manner Generator. The hot solder joints LH are heated by the medium X1; the cold points LK are cooled by the medium> (2. The electric current of the series-connected in the column Thermocouples are tapped at the + and - contacts that are led to the outside. Di. in the element legs Et and E2 flowing heat flows V1 and W2 used to heat the medium M2. The partition T can also be used for heat exchange used or designed as an insulating wall.

In Fig.4 ist ein integriertes Generator-Wärmetauscher-Systeii dargestellt baulich gekoppelt mit einem nachgeschalteten reinen Wärmetauscher. Diese Kombination bietet gelegentlich Vorteile für eine kompakte Bauweise mit kurzen Strömungswegen für die Medien M1 und M2, wobei ausserdem die grösste Temperatur-Differenz auf dem Strömungsweg von 91 und M2 zum Betrieb des Generators genutzt werden soll. An integrated generator-heat exchanger system is shown in FIG structurally coupled with a downstream pure heat exchanger. This combination occasionally offers advantages for a compact design with short flow paths for the media M1 and M2, with the greatest temperature difference on the Flow path from 91 and M2 to be used to operate the generator.

Fig.5 zeigt im oberen Teil zunächst wieder ein integriertes Generator-Wärmetauscher-System Jedoch diesmal baulich gekoppelt mit zwei nachgesehlteten reinen Wärmetauschern. Nach Verlassen des integrierten Systems strömt das Medium M1 in das System S1 und gibt dort Wärme ab an das Medium H während das Medium M2 im nachgeschalteten System St Wärme an das Medium M4 abgibt. In the upper part, FIG. 5 initially again shows an integrated generator-heat exchanger system However, this time it is structurally coupled with two downstream pure heat exchangers. After leaving the integrated system, the medium M1 flows into the system S1 and there gives off heat to the medium H while the medium M2 in the downstream system St gives off heat to the medium M4.

2 Es können auf diese Weise je nach Art und Zustand der Medien sowie Temperatur-Niveau die jeweils günstigsten Kombinationen für den Wärmeaustausch hergestellt werden, wobei wiederum für den Betrieb des Generators vorzugsweise das heisseste Medium zur Beheizung der Heiss-Lötstellen und das kälteste für eine intensive Kühlung der Kalt-Lötstellen benutzt wird. 2 It can do this depending on the type and condition of the media as well Temperature level, the most favorable combinations for the heat exchange are made in each case are, in turn, for the operation of the generator preferably the hottest Medium for heating the hot solder joints and the coldest for intensive cooling the cold solder joints are used.

Fig.6a zeigt den Einbau der Thermoelemente bzw. der Thermosäule mit ergänzenden Bauteilen in die Trennwan T. Die Element-Schenkel E1 und E2 , zweckmässigerweise in der Formgebung als zylindrisch. Fig.6a shows the installation of the thermocouples or the thermopile with additional components in the partition T. The element legs E1 and E2, expediently as cylindrical in shape.

Stäbe, sind durch die Trennwand durchgesteckt und dort mit einer, in der Fig. nicht dargestellten, elektrisch isolierenden Dichtung, die gleichzeitig wärme- und gegebenenfalls korrosions-beständig ist, abgedichtet. Zur Verbindung der Schenkel-Enden bzw. zur Herstellung der Lötstellen LI und LH sind zwischeh die Enden der Schenkel Kontakt-Stücke K, beispielweise in der Ausführung als massive Metall-Platten mit grossem Querschnitt, eingelötet oder eingesehweisst. Zur Stabilisierung einer höchstmöglichen Temperatur an den Heiss-Lötstellen LH können in der Nähe der Kontakt-Platte K Rippen RH auf den Element-Schenkel aufgesetzt sein zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom heissen Medium auf die Umgebung der Heias-L8tstelle. Zur Förderung eines Temperatur-Gefälles in Richtung zur Kalt-Lötstelle dienen Isolations-Umhüllungen I in der Nähe der Trennwand. Zur Verstärkung bzw. Absicherung eines Temperatur-Abbaues auf der gekühlten Seite der Elemente können Rippen RK auf die Schenkel aufgesetzt werden, die den Wärmeaustausch mit dem Kühl-Medium verbessern.Rods, are pushed through the partition and there with a, in The figure. Not shown, electrically insulating seal, the same time is heat-resistant and, if necessary, corrosion-resistant, sealed. To connect the leg ends or to produce the soldering points LI and LH are between the Ends of the legs of contact pieces K, for example in the form of solid ones Metal plates with a large cross-section, soldered or welded in. For stabilization the highest possible temperature at the hot solder joints LH can be close to the Contact plate K ribs RH to be placed on the element leg for improvement the heat transfer from the hot medium to the area around the Heias point. To the Insulation covers are used to promote a temperature gradient in the direction of the cold solder joint I near the partition. To reinforce or safeguard a temperature reduction On the cooled side of the elements, ribs RK can be placed on the legs that improve the heat exchange with the cooling medium.

In der Fig.6b ist mit einer Kurve, die in den Teilstücken der Koordinate # den Bauteilen der Fig.6a entspricht, der angestrebte Temperatur-Verlauf t in den Thermoelementen dargestellt. Die Temperaturen tH und # tK an den Heiss- und Kalt-Lötstellen sollen u.U. In Fig.6b is with a curve that in the parts of the coordinate # corresponds to the components of FIG. 6a, the desired temperature profile t in the Thermocouples shown. The temperatures tH and # tK at the hot and cold soldering points should possibly

mit zusätzlich effektiver Wirkung der vorbeschriebenen Rippen und Is.lier-Umhüllungen, möglichst einheitlich im vollen Bereich der Lötstellen bzw. KontaktrStücke weitestgehend angenähert den Temperaturen der Heiss- und Kalt-Medien entsprechen, damit eine möglichat hohe Temperatur-Differenz #t wirksam ist.with an additional effective effect of the ribs described above and Is.lier coatings, as uniform as possible in the full area of the soldering points or Contact pieces as close as possible to the temperatures of hot and cold media so that a possibly high temperature difference #t is effective.

In Fig.8 ist ein Element-Schenkel in Scheiben-Bauart dargestellt. In Figure 8, an element leg is shown in disc design.

Der gesamte Schenkel B, beispielsweise in der Formgebung als zylindrischer Stab ist unterteilt in Teil-Stücke bzw. Scheiben a,b,c, die aus verschiedenem Material und mit unterschiedlichen Abmessungen hintereinandergeschicktet sind. Die Trenn- bzw. Berührungsflächen liegen vorzugsweise senkrecht zur Längsachse und damit zum Strom- und WSrme-Fluss. Die Teil-Stücke sind zusammengehalten durch einen Spann-Bolzen B, der in einer Längsbohrung im Schenkel ohne Berührung mit den Teil-Stücken angeordnet ist und an den Enden durch Isolier-Platten i gegen die Metall-Scheiben elektrisch isoliert ist. Die Teil-Stücke können aus Metall, Halbleiter-Material, Kohle oder auch anderem elektrisch leitendem Material angefertigt sein. Eine abgestimmte Auswahl von Material und Abmessungen in den beiden Schenkeln vermeidet störende thermoelektrische Effekte.The entire leg B, for example in the form of a cylindrical shape Rod is divided into partial pieces or disks a, b, c, which are made of different material and are sent one behind the other with different dimensions. The separating or contact surfaces are preferably perpendicular to the longitudinal axis and thus to the Electricity and heat flow. The part pieces are held together by a tensioning bolt B, which is arranged in a longitudinal bore in the leg without contact with the part pieces is electrical and at the ends by insulating plates i against the metal disks is isolated. The part pieces can be made of metal, semiconductor material, or carbon also be made of other electrically conductive material. A coordinated selection of material and dimensions in the two legs avoids annoying thermoelectric Effects.

Die Fig. 7a zeigt in der Seiten-Ansicht und die Fig.7b in der Draufsicht ein Kontakt-Stück K bzw. eine Kontakt-Platte, die zum besseren Wärmeaustausch mit dem Heiss- oder Kalt-Medium ebenfalls mit Rippen KR ausgestattet ist. FIG. 7a shows a side view and FIG. 7b shows a plan view a contact piece K or a contact plate, which for better heat exchange with the hot or cold medium is also equipped with ribs KR.

Die Fig. 9a zeigt in einem Längsschnitt zwei Generatoren intogriert mit Wärmetauschern in einheitlicher Bauart auf einem Trag-Gestell G übereinander angeordnet, wobei das Gestell auch für mehr als zwei Generator-Einheiten gestaltet werden kann. Die Element-Schenkel E1 und E2 sind senkrecht angeordneij#rnd stützen sich mit ihrem Gewicht ab auf dem unteren Boden des Wärmetauschers bzw. 9a shows two generators integrated in a longitudinal section with heat exchangers of uniform design on a support frame G one above the other arranged, the frame designed for more than two generator units can be. The element legs E1 and E2 are arranged vertically and support their weight on the lower base of the heat exchanger or

auf dem Gestell. Zwischen Boden und Schenkel sind Isolier-Auflagen IA angeordnet. In die Trennwand T sind Iselier-Durchführungen ID eingebaut, die die Medien-Systeme S1 und S2 gegeneinander abdichten und die Schenkel elektrisch isolieren. Oberhalb und unterhalb der Trennwand strbmen die Medien M1 und H2 durch die Systeme S1 und Sz.on the rack. There are insulating pads between the bottom and the legs IA arranged. Iselier bushings ID are built into the partition T, which the media systems S1 and S2 seal against each other and the legs electrically isolate. The media M1 and H2 flow through above and below the partition the systems S1 and Sz.

Die Fig. 9b zeigt einen horizontalen Schnitt in der Ebene x-y, woraus die Anordnung der Thermoelemente mit den Schenkeln E1 und E2 sowie den Kontakt-Stücken K in mehreren Reihen, die zu einer Thermosäule hintereinandergeschaltet sind, ersichtlich ist0 Der erfindungsgemäss beschriebene thermoelektrische Generator eröffnet die Möglichkeit zu einer wirtschaftlichen Erzeugung grosser Strom-Stärken und damit - beispielsweise - auck einer wirtschaftlichen Gewinnung von Wasserstoff - mit dem Nebenprodukt Sauerstoff - durch Wasser-Elektrolyse in industriellen Anlagen, der als Kraftstoff in der Zukunft voraussichtlich grosse Bedeutung erlangen wird. Fig. 9b shows a horizontal section in the plane x-y, from which the arrangement of the thermocouples with the legs E1 and E2 as well as the contact pieces K can be seen in several rows that are connected in series to form a thermopile ist0 The thermoelectric generator described according to the invention opens the Opportunity to generate large amounts of electricity economically and thus - for example - auck an economic production of hydrogen - with the By-product oxygen - by water electrolysis in industrial plants, the as a fuel is likely to gain great importance in the future.

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Claims

Claims: @ Thermoelectric generator of the type as Thermopile with elements made of metals or semiconductors characterized that the generator or the thermopile acts simultaneously as a heat exchanger is functionally and structurally integrated or coupled with one or more heat exchanger systems, where the heat #edium with the high temperature is the hot soldering point of the thermopile heated and the medium with the low temperature in an inevitable convection current, preferably generated by pressure difference or, fans or pumps, the cold soldering points intensely cools and with the result of conduction and Joule heat in the elements thighs resulting heat flow from the hot to the cold solder joints for heating the low-temperature medium is used,

2) Thermoelectric generator according to Claim 1) characterized in that the hot and cold soldering points of the thermopile each on one side of a partition between the heat media with the high and low temperature, wherein the leg guides are electrical are insulated and where the length of the element leg and thus the electrical Resistance to an optimal minimum for the ratio of electricity and heat conduction be reduced. ~ for example made of metal or insulating material,

3) Thermoelectric Generator according to claim 2), characterized in that the partition is a double partition is formed or 3-fold partition wall with one or two spaces for the collection and discharge of leakage quantities of the media from the leg feedthroughs.

4) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that material, dimensions and number of thermocouples are selected or combined in such a way that the voltage and current of the thermopile are adapted to the operating data of electrotysis cells, preferably for generation of hydrogen from water,

5) Thermoelectric generator according to Claim 4) characterized in that for reasons of efficient production and Mounting similar built-in units or modules are formed, for example consisting of a partition with a built-in thermopile, which can be used as a single element or in multiples thereof are adapted to the electrical equipment to be operated, preferably electrolysis cells.

6) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the functionally coupled heat exchanger are structurally and thermally designed to heat combustion air in systems the Hbrme, chemical or process engineering, for example for furnaces in power plants, Smelting works, cement works, glass and ceramic kilns, preferably from the Process process resulting flue gases or steam or extraction steam for heating the Hot spots can be used.

7) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the functionally coupled heat exchanger are structurally and thermally designed for heating process fluids in Thermal, chemical and process engineering systems, for example for preheating ven feed water in steam + power plants or from distilling liquids in chemical Columns or apparatuses, preferably those arising from the process Flue gases or steam can be used to heat the hot solder joints.

8) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the functionally coupled heat exchanger are structurally and thermally designed to heat liquids or gases, for example, water and / or steam in steam boilers or water in heating systems, the high-temperature medium being heat from directly converted primary energy, for example from coal or oil combustion, contains and for heating the hot solder joints is used.

9) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the high temperature system of the heat exchanger a heat pump with the built-in Heias-Ldtatellen, preferably according to the absorption principle, is connected upstream to increase the temperature of the high-temperature medium.

10) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that an integrated generator-heat exchanger system is structurally coupled with a downstream pure heat exchanger0

11) Thermoelectric Generator according to claim 1) or one of the following claims, characterized in that that an integrated generator-heat exchanger system is structurally coupled with two or more pure heat exchangers, in which two or more different heat exchange media flow to the optimal combination for heat exchange, for example hot gas in air or steam in water, and preferably in the overall generator system the hottest medium for heating the hot spots and the coldest for one intensive cooling of the cold solder joints is used.

12) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the generator units or the partition walls with built-in thermopile are arranged horizontally with vertical element legs, with the thermocouples for face support on the bottom of the lower medium container respectively.

Heat exchanger system or on one arranged under the elements Supporting construction are supported insulated and being the sealing and insulating Implementation for the element legs in the partition is preferably designed in this way is that a displacement of the legs because of their own thermal expansion or thermal expansion is possible in the system.

13) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the generator units or the partition walls with built-in thermopile are arranged vertically with horizontally lying Element legs, whereby the leg ends or

the LStstellen are supported or suspended in isolation and where the support of the probes and the passage through the partition are designed in this way are that a shift due to thermal expansion is possible.

14) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that two or more generators, preferably in the design as building units or modules, arranged one above the other on a frame are, with each generator heat exchanger system on its own with its own weight Frame is suspended or supported.

15) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the element legs as rods with a circular Cross-section or shaped as a cylinder are combined with adapted insulating Seals or feedthroughs in the partition wall that have a slight displacement of the Allow legs in the event of thermal expansion.

16) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the contact surface of the element pairs or the contact surfaces of the points for the passage of the electric current are larger are than the cross-sectional area of the element legs.

17) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that for connecting the ends of the element legs contact pieces are welded, soldered or pressed on at the soldering points, preferably in the form of a plate, cuboid or cylinder that is parallel to the Axial direction of the legs are inserted between # 4C5 #, the cross-section for the current flow is at least equal to or preferably greater than the cross section the thigh.

18) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the contact pieces or contact plates are placed vertically or butt on the ends of the legs.

19) Thermal-electric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the contact pieces with ribs for improvement of the heat exchange with the heating and / or cooling medium are equipped for stabilization the temperature at the soldering points.

20) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that part of the element legs, preferably on the hot side between the soldering point and the partition wall with an insulation cover or a heat-insulating coating.

21) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that part of the element legs, preferably on the cold side between the load point and the partition wall, with ribs for improvement the heat exchange is equipped with the heating and / or cooling medium.

22) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the element legs are made of layers stacked one behind the other Part pieces, for example in the form of short cylinders or disks, made of homogeneous solid material, either of the same or different material, composed are, the separation or. Contact surfaces of the layers perpendicular or almost are perpendicular to the flow of the electric current or to the longitudinal axis of the leg.

23) Thermoelectric generator according to claim 22), characterized in that that one or more sub-pieces or slices are extremely thin, weaei For example, the material al sprayed onto another thicker disc, rolled on or can be applied thinly by another method.

24) Thermoelectric generator according to claim 22) or 23) thereby marked that the partial pieces or disks with different lengths or Thickness as well as material also made of semiconductor material or non-metallic electrical Ladders, such as graphite, carbon or carbon-metal mixtures or grinding brush-carbon, exist.

25) Thermoelectric generator according to claim 22) 23) or 24) thereby marked that the part-pieces, slices or layers of the element-legs by a pressing or clamping device, for example by a clamping screw, which are isolated or used in an axial cavity with play is to be held together.

26) Thermoelectric generator according to claim 1) or one of the following Claims characterized in that the element legs or pairs in the vicinity of the L5tstellen are executed with a short length and the intermediate and longer part of the legs leading through the partition wall from another electrically conductive material, for example metal or carbon or a carbon-metal combination, as used in the grinding brushes of electrical machines.

27) Thermoelectric generator according to claim 26), characterized in that that the intermediate piece of the legs located between the soldering points is made of an electrolytic Ladder consists, whereby facilities are provided for the discharge of the decay products, z, B. Gases, and for refilling or replacing the electrolyte fluids.

Note: According to the wording of the introductory sentence in the patent claims with reference to the preceding claims, these are intended to be combined with one or more others Claims can be combined.