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Add-Thermogeneratoren

Dezentrale Stromversorgung für Haushalt und Industrie

Die Thermovoltaik ist das Arbeitsgebiet der Physik, das sich mit der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie befasst. Wenn zwei unterschiedliche Metalle oder Legierungen zusammen kontaktiert und erhitzt werden, entsteht eine elektrische Spannung.

Der neuartige ADD-Thermoelektrischer Generator ist mit integriertem Hochstromwechselrichter ausgestaltet, Patent DE 43 13 827 A1, und besteht aus mehreren in Reihe flächig kontaktierten Thermozellen.

Eine Thermozelle besteht aus drei Dünnfilmschichten unterschiedlicher Materialien (RZ5130), zwei Schichten bilden ein Flachthermoelement, die dritte einen Flachgleichrichter. Wird einer Thermosäule Wärme zugeführt, bildet sich durch die Addition der einzelnen Zellenspannungen (ADD) eine negative irreversible Ladung als Elektronenüberschuss.

Die Gesamtspannung einer Thermosäule ist die Summe aller einzelnen Thermozellen, vergleichbar mit in Reihe geschalteten Batterien. Ein angeschlossener Verbraucher im Stromkreis ist im allgemeinen kühler, somit ist der Seebeck-Effekt (auch thermoelektrischer Effekt) erfüllt und die Ausgangsleistung ergibt sich aus dem gewonnenen Stromwert bezogen auf die Zellenflächengrösse (A/mm²) und der zugeführten Temperatur [Q].

Handelsübliche Thermoelemente, z.B. Type E erzeugen bei 1000°C 0,076 Volt und ca. 0,3 Ampere/mm². Die tatsächlich einzig wirkende Kraft in einem thermoelektrischen geschlossenen System Generator/Verbraucher ist der Anteil der Atome, die durch die Zufuhr von Wärme Elektronen freigaben und somit eine positive Ladung haben. Die so entstandenen Löcher in den äusseren Elektronenschalen der Atome haben durch die kinetische Energie der Protonen im Atomkern eine wirkende Anziehungskraft, die zur Neutralisation neigt und den Elektronenstromfluss mit potentieller Energie aufrecht hält.

Der maximal mögliche Wirkungsgrad kommt nur dann zustande, wenn der Anteil der positiven Ladungen gleich oder höher ist als der der negativen Ladungsträger der freigewordenen Elektronen, wie in jedem Stromkreislauf. In der flächigen Kontaktzone zwischen den eingeschmolzenen unterschiedlichen thermoelektrischen Materialien einer Thermozelle entsteht eine unterschiedliche Ladungsträgerdichte, deren Werte sind Materialkonstanten und im Gesamtsystem proportional der zugeführten Wärmeenergie.

Die Masse der Materie verbirgt eine gewaltige ruhende Energiemenge E = m, würde man diese Masse von Null auf maximal mögliche Geschwindigkeit bringen, also Lichtgeschwindigkeit c = 299792 km/s, gleich Einsteins bekannte Formel E = mc² und als praktischer Beweis E = mc³ * 8 (E = m * c² [J = (kg * m²)/s²]) eine Explosion mit sphärischer Expansionskraft als eine Erscheinungsform von Masse. Die Temperatur und A/mm² ist ein Mass für die Wirksamkeit eines Thermoelektrischen Systems. Die gespeicherte Wärmemenge in einem thermisch geschlossenen Generatorgehäuse ist, bezogen auf den Kraftstoffverbrauch sehr sparsam, es muss nur die Wärmemenge nachgeführt werden die ein thermisch nach aussen gut isoliertes Gehäuse an die Umgebung abgibt.

Im Kurzschlussfall erreicht der Stromfluss den höchstmöglichen Wert bei der gegebenen Temperatur und ist ein Mass für die Qualität der Thermozellentypen. Die Additivmethode ergibt nach Carnot-Prozess einen Wirkungsgrad von 48%.

Eine Thermozellen-Variante ist mit einer der neusten RZ2843 Legierungen aufgetragen, die Gleichrichtereigenschaften mit Parametern in Millivoltbereich aufweist, so entsteht eine nur zweischichtige Thermozelle, die Fertigung von Thermosäulenblöcken wird dadurch noch kostengünstiger.

Ein BIPLAN-Generator ist ein einzelnes Thrmoelement aus einem beliebig grossen beschichteten Aluminiumblech und erfordert keinen Gleichrichter, keine Additiv-Serienschaltung und ist nur mit einem HSWR und Transformator im Betrieb. Neuentwickelte Kohlenstoff-Nanoröhrchen CNT-Materialien wirken als Flachgleichrichter und erlangen dadurch eine Stromleitfähigkeit mit physikalischen Eigenschaften, die für den Einsatz in der Thermovoltaik geradezu prädestiniert sind und lassen für die Zukunft auf weit höhere Generatorleistungen hoffen.

Durch die kompakte Bauform von ADD-Thermogeneratoren sind die Anwendungen vielfältig, angefangen vom Herzschrittmacher bis Megawattkraftwerke sowie Stromversorgung in Luft- und Raumfahrt, Seeschiffe oder mit flüssigen Wasserstoff als Unterwasserfahrzeug.

Die Wärmeenergiezufuhr ist mit allen Brennstoffarten möglich. Durch Kraft-Wärme-Kopplung in der Industrie, Biogas, Sonneneinstrahlung mit Thermo- und Photovoltaik-Solarzellenkopplung oder mit Wasserstoff aus Sonnenenergie gewonnen oder Geothermie, Geovoltaiksonden liefern mit speziellen DC/AC-Invertern Wechselspannungen direkt aus der Tiefe der Erde und grossdimensionierte ADD-Thermogeneratoren mit integriertem Hochstrom-Leistungswechselrichter können weit über 200 Megawatt Nennleistung erreichen.

Ein HOCHSTROMWECHSELRICHTER (HSWR), DC/AC-Inverter, für Thermogeneratoren ist konzipiert mit bekannten Schaltelementen unkonventioneller Bauart in Miniaturbauform für Elektronikplatinen oder dimensioniert als Leistungswechselrichter für extrem hohen Stromdurchlass für Megawattleistungen und eröffnet neue Anwendungsgebiete in der Starkstromtechnik wie die übertragung von pulsierender, digitalisierte Gleichspannung um auf lange Distanzen zu übertragen.

Die Eingangsgleichspannung ab 0,1 Volt wird im Millisekundentakt periodisch umgepolt und erlangt am Ausgang den doppelten Wert als Spitzenwechselspannung 0,2 Volt und weniger als 0,1% Verluste mit konstanter oder variabler Frequenz bis 400 Hz und mehr, mit wählbaren Impulsformen als Ein- oder Mehrphasen Wechselspannung (Drehstromsimulator) und ist unentbehrlich für die Entnahme der hohen Stromleistungen, die Thermosäulen liefern könnten. Photovoltaikanlagen benötigen dank dieser Technologie ca. nur die halbe Anzahl der PV-Zellen, eine beachtliche Kostenersparnis.

Die Additvmethode und die neuartigen integrierbaren Hochstromwechselrichter sind im Energiebereich zukunftsweisende Technologien, Additivschaltung bietet zudem neue Applikationen in der Sensorentechnik mit höheren Empfindlichkeiten. Gewinnbringende Investitionsanlagen für die Forschung und Entwicklung mit expandierenden.

RUDOLF ZÖLDE
INNOVATIVE TECHNOLOGIEN
E-03184 Torrevieja, Spanien
Tel.: +34965990317, +34965673886
r.zoelde@gmx.eu
www.thermogen.ws24.cc
Stand: 06.07.2007

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