DE102008042592A1 - Thermo-electric generator for producing energy, has thermocouple which generates electrical voltage depending on temperature difference, where thermocouples are connected with each other in electrically conductive manner - Google Patents

Abstract

The thermo-electric generator has a thermocouple (5) which generates an electrical voltage depending on a temperature difference. Two polymer substrates (3) are provided, where multiple thermocouples are arranged between the plane polymer substrates. The thermocouples are connected with each other in electrically conductive manner, and are connected in series. An independent claim is included for a method for manufacturing a thermo-electric generator.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Verwendung eines thermoelektrischen Generators gemäß Anspruch 12 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The The invention relates to a thermoelectric generator according to the The preamble of claim 1, a use of a thermoelectric Generator according to claim 12 and a method for producing a thermoelectric generator according to the The preamble of claim 13.

Thermoelektrische Generatoren dienen der direkten Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie. Aus der Literatur ( Leonov et al., Thermoelectric MEMS generators as a power supply for a body area network, Transducers 2005 ; Leonov et al., Wireless microsystems powered by homeotherms, Smart Systems Integration 2007 ) sind Ansätze bekannt, thermoelektrische Generatoren auf Siliziumbasis herzustellen. Üblicherweise wird dabei zur Herstellung thermoelektrischer Generatoren Silizium als Trägermaterial für die aus Halbleitermaterial hergestellten Thermopaare eingesetzt, was einerseits zu hohen Herstellungskosten und zum anderen zu einer aufwändigen Aufbau- und Verbindungstechnik führt.Thermoelectric generators serve the direct conversion of thermal energy into electrical energy. From the literature ( Leonov et al., Thermoelectric MEMS generators as a power supply for a body area network, Transducers 2005 ; Leonov et al., Wireless microsystems powered by homeotherms, Smart Systems Integration 2007 ) approaches are known to produce thermoelectric generators based on silicon. Usually, for the production of thermoelectric generators, silicon is used as the carrier material for the thermocouples made of semiconductor material, which on the one hand leads to high manufacturing costs and on the other hand to a complex assembly and connection technique.

Die DE 102 31 445 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators, wobei zwei mit unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialien beschichtete Folien laminiert, auf eine Rolle aufgerollt und der so erhaltene, gekrümmte Schichtstapel durch radiale Schnitte in Stücke zerteilt wird. Daraufhin erfolgt das Abscheiden und die Strukturierung von Kontakten auf den Seitenflächen der einzelnen Schichtstapel. Ein aus dem bekannten Verfahren erhaltener thermoelektrischer Generator zeichnet sich dadurch aus, dass sich zwischen jeweils zwei Polymerfolien ein einziges Metall eines Thermopaares befindet. Das bekannte Herstellungsverfahren eignet sich nicht zur Herstellung großflächiger thermoelektrischer Generatoren mit einer Flächenerstreckung von mehreren Quadratmetern.The DE 102 31 445 A1 describes a method for producing a thermoelectric generator wherein two films coated with different electrically conductive materials are laminated, rolled up on a roll and the resulting layered layer stack is cut into pieces by radial cuts. This is followed by the deposition and structuring of contacts on the side surfaces of the individual layer stacks. A thermoelectric generator obtained from the known method is characterized in that there is a single metal of a thermocouple between each two polymer films. The known manufacturing method is not suitable for the production of large-area thermoelectric generators with an areal extent of several square meters.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativ aufgebauten thermoelektrischen Generator vorzuschlagen, dessen Aufbau die Herstellung mit einer großen Flächenerstreckung ermöglicht. Dabei soll das Verfahren zum Herstellen eines derartigen thermoelektrischen Generators möglichst einfach und kostengünstig durchführbar sein.Of the Invention is based on the object, an alternatively constructed to propose thermoelectric generator whose construction is the manufacture with a large area extension possible. In this case, the method for producing such a thermoelectric Generator as simple and inexpensive be feasible.

Technische LösungTechnical solution

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des thermoelektrischen Generators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.These Task is with respect to the thermoelectric generator with the features of claim 1 and with regard to the manufacturing process solved with the features of claim 13. advantageous Further developments of the invention are in the subclaims specified. All fall within the scope of the invention Combinations of at least two of in the description, the claims and / or features disclosed in the figures. To avoid repetition should according to the method disclosed features as According to the device disclosed apply and claimable be. Likewise, according to the device disclosed Features as disclosed according to the method apply and claimable.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den thermoelektrischen Generator derart auszubilden, dass das mindestens eine Thermopaar, vorzugsweise die Vielzahl von Thermopaaren (Thermoelementen), zwischen zwei als Trägerschichten dienenden Polymersubstraten angeordnet ist/sind. Hierdurch ist es erstmals möglich, auf kostengünstige Art und Weise großflächige thermoelektrische Generatoren bereitzustellen, da der Einsatz von Polymersubstraten als großflächige Trägerschichten zu einer signifikanten Reduktion der Herstellungskosten führt. Hieraus resultiert wiederum die Möglichkeit, eine großtechnische Energieerzeugung als neues Anwendungsgebiet für thermoelektrische Generatoren zu erschließen. Insgesamt kann ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeter thermoelektrischer Generator nicht nur kostengünstiger als mit bekannten Technologien, sondern auch flacher bauend ausgebildet werden. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße thermoelektrische Generator auf einfache Weise hinsichtlich erzeugbarer elektrischer Spannungen und Leistungen skalierbar.Of the The invention is based on the idea of the thermoelectric generator such that the at least one thermocouple, preferably the multitude of thermocouples (thermocouples), between two as Carrier layers serving polymer substrates arranged is / are. This makes it possible for the first time, on cost-effective Way large-area thermoelectric generators because the use of polymer substrates as large-area Carrier layers to a significant reduction in manufacturing costs leads. This in turn results in the possibility a large-scale power generation as a new field of application for thermoelectric generators. Overall, a trained according to the concept of the invention thermoelectric generator not only cheaper designed as with known technologies, but also shallower building become. In addition, the inventive thermoelectric generator in a simple manner with regard to producible Scalable electrical voltages and powers.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwischen den beiden, als Trägerschichten dienenden Polymersubstraten eine Vielzahl von Thermopaaren angeordnet sind, die besonders bevorzugt allesamt oder in Gruppen elektrisch in Reihe geschaltet sind, um somit den benötigten Spannungs- und/oder Leistungsbedarf decken zu können.In Further development of the invention is provided with advantage that between the two, serving as carrier layers polymer substrates a plurality of thermocouples are arranged, which are particularly preferred all or in groups are electrically connected in series to thus the required voltage and / or power requirement to be able to cover.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des thermoelektrischen Generators, bei der die Vielzahl von Thermopaaren auf einer Fläche von mindestens einem Quadratmeter, vorzugsweise von mindestens zwei Quadratmetern, ganz besonders bevorzugt von mindestens fünf Quadratmetern oder einer wesentlich höheren Quadratmeterzahl angeordnet sind. Anders ausgedrückt wird der thermoelektrische Generator mit Vorteil mit einer großen Flächenerstreckung hergestellt, wodurch sich völlig neue Anwendungsgebiete ergeben. So kann der thermoelektrische Generator beispielsweise in Gebäudewandungen, Flugzeugwandungen, etc. eingesetzt werden, also überall dort, wo große Flächen zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke vorgesehen sind.Very particular preference is given to an embodiment of the thermoelectric generator in which the plurality of thermocouples are arranged on an area of at least one square meter, preferably at least two square meters, very particularly preferably at least five square meters or a significantly higher square footage. In other words, the thermoelectric generator is advantageously produced with a large areal extent, resulting in completely new fields of application. For example, the thermoelectric generator can be used in building walls, aircraft walls, etc. be set, ie wherever large areas between a heat source and a heat sink are provided.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der thermoelektrische Generator gleichzeitig als Wärmeisolator dient. Um dies zu ermöglichen, ist es zum einen möglich, mindestens eines der Träger-Polymersubstrate vollständig oder zumindest abschnittsweise aus geschäumtem Kunststoff auszubilden, wobei es sich im Hinblick auf eine optimierte Wärmeisolierung besonders bevorzugt um geschlossenporigen Kunststoff handelt. Zusätzlich oder alternativ kann zum anderen zwischen den Polymersubstraten mindestens eine, insbesondere als Luftspalt ausgebildete, Hohlkammer vorgesehen werden, wobei die Hohlkammer auch als Vakuumkammer zur Verbesserung der Wärmeisolation ausgeführt werden kann. Derartig ausgebildete thermoelektrische Generatoren eignen sich bevorzugt zur Integration in Gebäudewände, etc.In Development of the invention is provided with advantage that the thermoelectric generator at the same time as a heat insulator serves. To make this possible, it is possible, on the one hand, at least one of the carrier polymer substrates completely or at least partially made of foamed plastic It is with regard to an optimized heat insulation particularly preferred is closed-cell plastic. Additionally or alternatively, on the other hand, between the polymer substrates at least a, in particular designed as an air gap, hollow chamber are provided, wherein the hollow chamber is also used as a vacuum chamber to improve Heat insulation can be performed. Such trained thermoelectric generators are preferred for integration into building walls, etc.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der auf dem ersten Polymersubstrat, vorzugsweise auf der dem zweiten Polymersubstrat zugewandten Seite oder einer gegebenenfalls vorgesehenen Zwischenschicht mindestens ein Anschlusskontakt zum elektrischen Kontaktieren des thermoelektrischen Generators vorgesehen ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der mindestens eine Anschlusskontakt durch Bedrucken und/oder Beschichten des ersten Polymersubstrates bzw. der mindestens einen Zwischenschicht aufgebracht wird.All Particularly preferred is an embodiment in which the first polymer substrate, preferably on the second polymer substrate facing Side or an optionally provided intermediate layer at least a connection contact for electrically contacting the thermoelectric Generators is provided. It is advantageous if the at least a terminal contact by printing and / or coating of the first Polymer substrate or the at least one intermediate layer applied becomes.

Idealerweise befinden sich zwei Anschlusskontakte auf einem gemeinsamen Polymersubstrat, um die elektrische Kontaktierung des Generators, unter Vermeidung von Wärmebrücken, zu ermöglichen.Ideally There are two terminals on a common polymer substrate to the electrical contacting of the generator, while avoiding Thermal bridges, to allow.

Um besonders hohe Wirkungsgrade mit dem thermoelektrischen Generator erzielen zu können ist es bevorzugt, wenn die beiden elektrisch leitenden, jeweils ein Thermopaar bildenden, elektrisch leitend miteinander verbundenen Materialien als Halbleitermaterialien ausgebildet sind, die vorzugsweise jeweils einen hohen Seebeck-Koeffizienten aufweisen. Bevorzugt sind die beiden jeweils ein Thermopaar bildenden Halbleitermaterialien unterschiedlich (n/p) dotiert. Es muss sich bei den die Thermopaare bildenden Materialien jedoch nicht zwangsläufig um Halbleitermaterialien handeln. Gegebenenfalls kann sogar aufgrund der Möglichkeit der kostengünstigen, großflächigen Ausbildung des thermoelektrischen Generators bewusst auf kostengünstigere Materialien mit einem geringeren Seebeck-Koeffizienten zurückgegriffen werden.Around particularly high efficiencies with the thermoelectric generator To be able to achieve it is preferred if the two are electrically conductive, each forming a thermocouple, electrically conductive with each other connected materials are formed as semiconductor materials, which preferably each have a high Seebeck coefficient. Prefers the two are each a thermocouple forming semiconductor materials different (n / p) doped. It has to be at the thermocouples however, are not necessarily semiconductor materials act. Optionally, even due to the possibility the cost-effective, large-scale training of the thermoelectric generator consciously on lower cost Materials with a lower Seebeck coefficient resorted to become.

Im Hinblick auf die Anordnung der elektrisch leitenden Materialien zur Bildung eines Thermopaares gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist besonders bevorzugt, wenn das elektrisch leitende Material unmittelbar, d. h. ohne eine Zwischenschicht (insbesondere Haftvermittlerschicht) vorsehen zu müssen, auf das Polymersubstrat, beispielsweise durch Beschichten und/oder Drucken mit ggf. nachfolgender Strukturierung aufgebracht wird. Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, zwischen Polymermaterial und elektrisch leitendem Material eine Zwischenschicht vorzusehen, wobei es auch denkbar ist, Zwischenschichtanordnungen mit mehreren Zwischenschichten zu realisieren. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich dabei bei der Zwischenschicht um eine Haftvermittlerschicht zur Verbesserung der Haftung des, insbesondere als Halbleitermaterial ausgebildeten, elektrisch leitenden Materials zur Herstellung der Thermopaare. Auch ist es möglich, die elektrisch leitenden Materialien zur Ausbildung der Thermopaare auf ein elektrisch leitendes Koppelmaterial aufzubringen, welches wiederum entweder unmittelbar auf dem Polymersubstrat, oder auf mindestens einer, insbesondere als Haftvermittlerschicht ausgebildeten, Zwischenschicht aufgebracht sein kann. Das Koppelmaterial dient dabei zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei benachbarten unterschiedlich elektrisch leitenden Materialien zur Herstellung eines Thermopaares mindestens zwei Thermopaaren, die mit Hilfe des Koppelmaterials ganz besonders bevorzugt in Reihe geschaltet werden.in the With regard to the arrangement of the electrically conductive materials There are different possibilities for forming a thermocouple. It is thus particularly preferred if the electrically conductive material directly, d. H. without an intermediate layer (in particular adhesion promoter layer) to have to provide on the polymer substrate, for example by Coating and / or printing with possibly subsequent structuring is applied. If necessary, it may be an advantage between Polymer material and electrically conductive material an intermediate layer provide, it is also conceivable interlayer arrangements to realize with several intermediate layers. Very particularly preferred is In this case, the intermediate layer is an adhesion promoter layer for improving the adhesion of, in particular as a semiconductor material formed, electrically conductive material for producing the Thermocouples. It is also possible, the electrically conductive Materials for forming the thermocouples on an electrically conductive coupling material which, in turn, either directly on the polymer substrate, or at least one, in particular as a primer layer trained, intermediate layer can be applied. The coupling material serves to produce an electrically conductive connection between two adjacent differently electrically conductive Materials for making a thermocouple at least two thermocouples, with the help of the coupling material very particularly preferably in series be switched.

Im Hinblick auf die Ausbildung des Polymersubstrates gibt es ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem Polymersubstrat um eine einschichtige Polymerfolie oder um eine mehrschichtige Polymerfolienanordnung handelt. Es ist auch denkbar, dass neben mindestens einer Polymerschicht andere Materialschichten (Nichtpolymerschichten) in den Polymersubstraten vorgesehen sind, wobei es jedoch bevorzugt ist, wenn es sich bei den Polymersubstraten um ausschließlich aus mindestens einem, oder mehreren unterschiedlichen Polymeren gebildete Schichten handelt.in the With regard to the formation of the polymer substrate, there are also a variety of ways. Very particularly preferred it is when the polymer substrate is a single-layer polymer film or a multilayered polymeric film assembly. It is also conceivable that in addition to at least one polymer layer other Material layers (non-polymer layers) in the polymer substrates are provided, but it is preferred if it is at the polymer substrates to at least one or more different polymers formed layers is.

Um die zur Verfügung stehende Fläche zur Anordnung der Thermopaare optimal auszunutzen, ist es besonders bevorzugt, wenn zwei, vorzugsweise aus Koppelmaterial ausgebildete, Kontaktabschnitte, die jeweils mindestens zwei Ther mopaare und/oder jeweils zwei elektrisch leitende Materialien elektrisch leitend miteinander verbinden, überkreuzt angeordnet sind, wobei sich die kreuzenden Kontaktabschnitte dabei besonders bevorzugt auf unterschiedlichen Polymersubstraten bzw. auf der mindestens einen auf dieser vorgesehenen Zwischenschicht befinden. Alternativ ist es zur optimalen Flächennutzung möglich, die Koppelmaterialen der unterschiedlichen Schichtanordnungen derart anzuordnen, dass ein Zick-Zack-Kurs von mehreren in Reihe geschalteten Thermopaaren erhalten wird. Bevorzugt sind die Koppelmaterialen dabei derart aufgebracht, dass diese bereichsweise eine polygonförmige Grundfläche, vorzugsweise eine Sechseckfläche, aufweisen.In order to optimally utilize the available surface for the arrangement of the thermocouples, it is particularly preferred if two, preferably made of coupling material, contact portions, the mopaare at least two Ther and / or two electrically conductive materials electrically conductively interconnect, are crossed In this case, the crossing contact sections are particularly preferably located on different polymer substrates or on the at least one intermediate layer provided thereon. Alternatively, for optimal land use, it is possible to arrange the coupling materials of the different layer arrangements such that a zig-zag course of several in series switched thermocouples is obtained. In this case, the coupling materials are preferably applied in such a way that they have a polygonal base area, preferably a hexagonal area, in certain areas.

Um es auf einfache Weise zu ermöglichen, dass die beiden, jeweils ein Thermopaar bildenden, elektrisch leitenden Materialien im Kontaktbereich auf unterschiedlichen Temperaturniveaus liegen, ist es besonders bevorzugt, wenn die gegebenenfalls beschichteten Polymersubstrate normal zu deren Flächenerstreckung ineinandergreifen, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn das erste Polymersubstrat in entsprechender Ausnehmung des zweiten Polymersubstrats eingreift und umgekehrt. Dies kann auf einfache Weise durch eine entsprechende Strukturierung der Polymersubstrate vor dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen Materialien realisiert werden. Es ist auch möglich, die Polymersubstrate bereits entsprechend strukturiert, beispielsweise im Spritzgussverfahren, herzustellen. Alternativ sind die Polymersubstrate eben ausgebildet, um das Aufbringen von elektrisch leitenden Materialien zur Bildung der Thermopaare zu erleichtern.Around to allow it in a simple way that the two, each a thermocouple forming, electrically conductive materials lie in the contact area at different temperature levels, it is particularly preferred if the optionally coated Mesh polymer substrates normal to their surface extent, it being particularly preferred when the first polymer substrate engages in a corresponding recess of the second polymer substrate and vice versa. This can be easily done by an appropriate Structuring the polymer substrates before applying the electrical conductive materials can be realized. It is also possible, the polymer substrates already structured accordingly, for example by injection molding. alternative the polymer substrates are planar to prevent the application of electrically conductive materials for forming the thermocouples facilitate.

Besonders bevorzugt ist der thermoelektrische Generator derart angeordnet, dass das erste Polymersubstrat sich in einer Wärmesenke und das zweite Polymersubstrat sich in einer Wärmequelle befindet, wobei es noch weiter bevorzugt ist, wenn die Wärmesenke von einer Gebäudeaußenseite und die Wärmequelle von einer Gebäudeinnenseite gebildet werden, oder umgekehrt (Winter/Sommer).Especially Preferably, the thermoelectric generator is arranged such that the first polymer substrate is in a heat sink and the second polymer substrate is in a heat source, wherein it is even more preferable if the heat sink from a building exterior and the heat source be formed by a building inside, or vice versa (Winter summer).

Die Erfindung führt auch auf die Verwendung eines wie zuvor beschrieben ausgebildeten thermoelektrischen Generators zur Energiegewinnung in einem Gebäude, in einem Kraftfahrzeug, in einem Flugzeug, in einem Wasserfahrzeug, in einem Kleidungsstück, in einem Handgerät, einem sogenannten Handheld, wie einem Mobiltelefon oder einem PDA, in einer Armbanduhr oder in einem elektrischen und/oder elektronischen Gerät, bei dem die beim Betrieb der elektrischen bzw. elektronischen Komponenten entstehende Wärme ansonsten ungenutzt in die Umgebung abgegeben würde.The Invention also leads to the use of one as before described trained thermoelectric generator for energy in a building, in a motor vehicle, in an airplane, in a watercraft, in a garment, in one Handheld device, a so-called handheld device, such as a mobile phone or a PDA, in a wristwatch or in an electric and / or electronic device in which the operation of the electrical or electronic components resulting heat otherwise would be discharged unused into the environment.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der thermoelektrische Generator in Gebäudewänden eingesetzt wird, wobei die Außenseite des Gebäudes bevorzugt als Wärmesenke bzw. -quelle (Winter/Sommer) genutzt wird und die Innenseite als entsprechender Gegenspieler. Für eine derartige Anwendung ist es bevorzugt, wenn der thermoelektrische Generator gute Wärmeisolationseigenschaften aufweist, die beispielsweise durch das Schaffen von Hohlräumen erzielt werden können, insbesondere mit dem Zweck, den Hauptzweck der Wand, die Wärmeisolation, nicht zu behindern bzw. um diese sogar zu verbessern.Especially it is preferred if the thermoelectric generator in building walls is used, the outside of the building preferably used as a heat sink or source (winter / summer) and the inside as a corresponding opponent. For Such an application is preferred when the thermoelectric generator has good heat insulating properties, for example can be achieved by creating voids, especially with the purpose of the main purpose of the wall, the heat insulation, not to hinder or even to improve.

Auch ist es möglich, einen nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Thermogenerator in Kombination mit Solarzellen einzusetzen, wobei sich in diesem Fall die hohen, in Solarzellen entstehenden Temperaturen zu Nutze gemacht wer den können. Dabei dienen die hohen Temperaturen der Solarzellen als Wärmequellen, während die Flächen, die üblicherweise zur Anbindung an eine aktive oder passive Kühlung verwandt werden, als Wärmesenke fungieren. Bei einer derartigen Anwendung sollte bei aktiver Kühlung die Wärmeeinleitung der thermoelektrischen Generatoren eher gut sein, da dann der Energiebedarf für die aktive Kühlung nicht negativ beeinflusst wird. Bei passiver Kühlung ist die Dimensionierung so zu optimieren, dass die Kühlleistung für die Solarzellen ausreicht, bei gleichzeitiger Optimierung der Effizienz für die thermoelektrischen Generatoren.Also it is possible, one trained according to the concept of the invention Thermogenerator in combination with solar cells use, where in this case, the high temperatures arising in solar cells made use of who can. The high serve Temperatures of the solar cells as heat sources while the areas that are usually attached to active cooling or passive cooling, act as a heat sink. In such an application should be active cooling the heat input of the thermoelectric generators be rather good, because then the energy needs for the active Cooling is not adversely affected. With passive cooling is the sizing to optimize the cooling performance is sufficient for the solar cells, with simultaneous optimization efficiency for the thermoelectric generators.

Auch ist es möglich, thermoelektrische Generatoren in Belüftungsanlagen von modernen, stark isolierten und gedichteten Gebäuden einzusetzen, da diese Belüftungsanlagen üblicherweise mit Wärmetauschern zum Erhalten der Wärmeenergie ausgestattet sind. Die existierenden Temperaturunterschiede können auf einfache Weise für die nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten thermoelektrischen Generatoren genutzt werden.Also is it possible to use thermoelectric generators in ventilation systems of modern, highly insulated and sealed buildings use, as these ventilation systems usually with heat exchangers to obtain the heat energy are equipped. The existing temperature differences can in a simple way for according to the concept of the invention trained thermoelectric generators are used.

Da zukünftig immer mehr Applikationen von und für den Menschen mobil verfügbar sein werden, können diese zur Energiegewinnung mit Hilfe der zuvor beschriebenen thermoelektrischen Generatoren genutzt werden. Insbesondere können thermoelektrische Generatoren in Mobiltelefonen, PDAs, oder ähnlichen Geräten eingesetzt werden. Auch ist der Einsatz in zukünftig ebenfalls zunehmenden mobilen Überwachungssensoren, die Daten für den Benutzer bereitstellen, möglich, so beispielsweise in Barometern, die mit einem Mobiltelefon kommunizieren, welches beim Verlassen des Hauses/Autos (Detektion beispielsweise über GPS-Signal) den Benutzer daran erinnern, einen Schirm mitzunehmen, da aufgrund des fallen den Luftdrucks schlechtes Wetter zu erwarten ist. Bekannt ist, dass ein wesentliches Problem vorgenannter Applikationen deren Energieverbrauch ist. Insbesondere Applikationen für autonome Sensoren am Körper, beispielsweise für den Einsatz beim Sport, in der Freizeit oder für einen medizinischen Einsatz bedürfen einer leicht verteilbaren, gering gewichtigen Energiequelle, da Batterien langfristig mit dem Energiebedarf derartiger Geräte nicht Schritt halten werden. Besonders bevorzugt ist es daher, den Körper als Wärmequelle und die Umgebung als Wärmesenke auszunutzen, wobei dies auf einfache Weise dadurch geschehen kann, dass die nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten thermoelektrischen Generatoren in der Kleidung eingesetzt werden, um elektrische Energie zu gewinnen und sie dann beispielsweise mobilen Geräten, Sensoren, etc. zur Verfügung zu stellen.As more and more applications from and for humans will be available in the future, they can be used to generate energy with the aid of the previously described thermoelectric generators. In particular, thermoelectric generators can be used in mobile phones, PDAs, or similar devices. Also, the use in future also increasing mobile monitoring sensors that provide data for the user, possible, for example, in barometers that communicate with a mobile phone, which remind the user when leaving the house / car (detection, for example via GPS signal) to take a parachute, as due to the fall in the air pressure bad weather is expected. It is known that a significant problem of the aforementioned applications is their energy consumption. In particular, applications for autonomous sensors on the body, for example, for use in sports, leisure or for medical use require an easily distributable, low-weight energy source, as batteries will not keep up with the energy demand of such devices in the long term. It is therefore particularly preferred to use the body as a heat source and the environment as a heat sink, which can be done in a simple manner by the fact that the trained according to the concept of the invention thermoelectric generators used in the clothing who in order to gain electrical energy and then provide them, for example, mobile devices, sensors, etc. available.

Besonders bevorzugt ist eine Integration der nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten, polymerbasierten thermoelektrischen Generatoren in Gehäuseschalen von Mobiltelefonen bzw. das Darstellen der Oberschalen der Mobiltelefone aus entsprechend ausgebildeten thermoelektrischen Generatoren. Ein derartiger Einsatz von thermoelektrischen Generatoren ist insbesondere deshalb von Vorteil, da für Mobiltelefone heute eine Obergrenze an Energieverbrauch existiert, weil sich die Mobiltelefone für den Benutzer nicht warm anfühlen dürfen. Die erzeugte Wärme wird bisweilen ungenutzt über die Oberfläche des Mobiltelefons abgegeben. Dieser inhärente Temperaturfluss zwischen Wärmequelle und -senke kann genutzt werden, um zumindest einen Teil der verbrauchten elektrischen Energie zurückzugewinnen und somit die Mobiltelefonlaufzeit zu verlängern. Gleiches gilt natürlich auch für PDAs, Laptops, oder ähnliche elektronische, mobile Geräte.Especially preferred is an integration according to the concept of the invention formed, polymer-based thermoelectric generators in housing shells of mobile phones or the presentation of the upper shells of mobile phones from appropriately trained thermoelectric generators. One Such use of thermoelectric generators is particular Therefore, an advantage, as for mobile phones today an upper limit Energy consumption exists because the mobile phones for Do not allow the user to feel warm. The generated Heat sometimes gets lost over the surface of the mobile phone. This inherent temperature flow between heat source and sink can be used to recover at least part of the electrical energy consumed and thus extend the mobile phone lifetime. The same Of course, it also applies to PDAs, laptops, or similar electronic, mobile devices.

Ebenso können nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete, großflächige thermoelektrische Generatoren im Haushalt, beispielsweise auf dem Herd, eingesetzt werden, insbesondere in Kochtöpfen oder Pfannen. Während das Innere des Topfes bzw. der Pfanne erhitzt wird, werden die Griffe möglichst kühl gehalten, so dass diese Temperaturdifferenz zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt werden könnte. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die elektrische Energie einer Sensorik im Topf bzw. in der Pfanne zur Verfügung gestellt wird, die die Temperatur des Griffes erfasst und bevorzugt mit dem Herd bzw. einer Regelungs- und Steuereinrichtung des Herdes kommuniziert.As well can be formed according to the concept of the invention, large area thermoelectric generators in the household, for example on the stove, be used, especially in saucepans or pans. While the inside of the pot or pan is heated, the handles are kept as cool as possible, so that this temperature difference for obtaining electrical energy could be used. It is particularly preferred if the electrical energy of a sensor in the pot or in the pan is provided, which the temperature of the handle detected and preferably with the stove or a control and regulation device of the hearth communicates.

Auch ist es möglich, nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete thermoelektrische Generatoren in Kraftfahrzeugen einzusetzen, beispielsweise um die Wärmeenergie, die im heißen Abgas enthalten ist, zumindest teilweise als elektrische Energie zurückzugewinnen und der mindestens einen Batterie des Kraftfahrzeugs wieder zuzuführen, insbesondere um die Reichweite von Hybridfahrzeugen zu erhöhen. Analog können thermoelektrische Generatoren auch in Flugzeugen, Schiffen, Blockheizkraftwerken, etc. eingesetzt werden, also überall dort, wo Wärmekraftmaschinen zum Einsatz kommen und damit Temperaturdifferenzen entstehen.Also It is possible, according to the concept of the invention trained Use thermoelectric generators in motor vehicles, for example to the heat energy contained in the hot exhaust gas is to recover at least partially as electrical energy and to re-supply the at least one battery of the motor vehicle, especially to increase the range of hybrid vehicles. Analogously, thermoelectric generators can also be used in aircraft, Ships, combined heat and power plants, etc. are used, so everywhere where heat engines are used and thus Temperature differences arise.

Die Erfindung führt auch auf ein Herstellungsverfahren zum Herstellen von, vorzugsweise wie zuvor beschrieben ausgebildeten, thermoelektrischen Generatoren. Das Herstellungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst zwei, vorzugsweise großflächige, Schichtanordnungen geschaffen werden, die dann zu einem thermoelektrischen Generator gefügt werden, wobei jede Schichtanordnung ein Polymersub strat als Trägerschicht umfasst, und wobei zumindest eines der Polymersubstrate wiederum mindestens eine Art von elektrisch leitendem Material zur Bildung von zwischen den Polymersubstraten angeordneten Thermopaaren (Thermoelementen) trägt. Dabei ist es möglich, dass das elektrisch leitende Material unmittelbar auf mindestens ein Polymersubstrat aufgebracht wird, oder auf mindestens eine Zwischenschicht und/oder auf mindestens eine auf einem Koppelmaterial zur elektrisch leitenden Verbindung mindestens zweier Thermopaare oder zur Bildung eines Thermopaares. Es ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der auf mindestens einer Schichtanordnung, d. h. entweder unmittelbar auf dem Polymersubstrat der Schichtanordnung, einer Zwischenschicht (Haftvermittlerschicht) oder einer Koppelschicht die beiden unterschiedlichen, elektrisch leitfähigen Materialien zur Bildung der Thermopaare aufgebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die mit der vorerwähnten Schichtanordnung zur Deckung zu bringende Schichtanordnung kein elektrisch leitfähiges Material zur Bildung der Thermopaare, sondern lediglich Koppelmaterial zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialen aufweisen muss. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der auf beiden Schichtanordnungen jeweils beide unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialen vorgesehen werden und geeignet zur Deckung gebracht werden, wobei bevorzugt jeweils gleichartige elektrisch leitende Materialien unmittelbar miteinander kontaktiert werden. Ferner ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die beiden unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien zur Bildung der Thermopaare auf die beiden Schichtanordnungen verteilt angeordnet werden.The Invention also leads to a manufacturing process for Producing, preferably as described above, thermoelectric generators. The manufacturing process draws characterized by the fact that initially two, preferably large-area, Layer arrangements are created, which then become a thermoelectric Generator are joined, with each layer arrangement a Polymer Sub strate comprises as a carrier layer, and wherein at least one of the polymer substrates in turn at least one kind of electrically conductive material for forming between the polymer substrates arranged thermocouples (thermocouples) carries. there it is possible that the electrically conductive material directly is applied to at least one polymer substrate, or at least an intermediate layer and / or at least one on a coupling material for the electrically conductive connection of at least two thermocouples or to form a thermocouple. It is an embodiment preferably, in which at least one layer arrangement, d. H. either directly on the polymer substrate of the layer arrangement, an intermediate layer (adhesion promoter layer) or a coupling layer the two different, electrically conductive materials be applied to form the thermocouples. In this way is it possible that with the aforementioned Layer arrangement to be brought to layer arrangement no electrically conductive material for forming the thermocouples, but only coupling material for the production of electrical conductive connections between different electrically conductive Must have materials. Very particular preference is given to an embodiment in each case on both layer arrangements both different electrically conductive materials are provided and suitable for Be covered, wherein preferably in each case similar electrically conductive materials are contacted directly. Furthermore, an embodiment can be realized in which the two different electrically conductive materials for Forming the thermocouples distributed on the two layer arrangements to be ordered.

Auf im Stand der Technik notwendige Roll- und darauf folgende Schneidvorgänge kann mit Vorteil verzichtet werden. Das beschriebene Herstellungsverfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung großflächiger thermoelektrischer Generatoren, die ganz besonders bevorzugt zwischen den Polymersubstraten mindestens einen, vorzugsweise als Luftspalt ausgebildeten, Hohlraum zur Verbesserung der Wärme-/Kälteisolation aufweisen.On in the prior art necessary rolling and subsequent cutting operations can be dispensed with advantage. The described production process is particularly suitable for the production of large area thermoelectric generators, most preferably between the polymer substrates at least one, preferably as an air gap trained, cavity to improve the heat / cold insulation exhibit.

Zur Aufbringung der elektrisch leitenden Materialien, der fakultativ vorzusehenden, mindestens einen Zwischenschicht und/oder des fakultativ vorzusehenden, mindestens einen Koppelmaterials gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt wird das Polymersubstrat bzw. die mindestens eine Zwischenschicht bzw. das mindestens eine auf dem Polymermaterial oder der Zwischenschicht angeordnete Koppelmaterial mit dem elektrisch leitenden Material zur Herstellung einer thermoelektrisch wirksamen Materialpaarung (Thermopaar, Thermoelement) durch Beschichten, insbesondere Plasmabeschichten und/oder Sputtern und/oder Drucken und/oder Belegen, versehen.There are various possibilities for applying the electrically conductive materials, which may optionally be provided, at least one intermediate layer and / or the optionally provided, at least one coupling material. Preferably, the polymer substrate or the at least one intermediate layer or the at least one arranged on the polymer material or the intermediate layer coupling material with the electrically conductive material for producing a thermoelectric material pairing (thermocouple, thermocouple) by Be layers, in particular plasma coatings and / or sputtering and / or printing and / or documents provided.

Bei einer Abscheidung auf – vorzugsweise durch Prägen – strukturierten Polymersubstraten kann gegebenenfalls ganz auf eine nachträgliche Strukturierung der aufgebrachten Materialien verzichtet werden, wenn beim Aufbringen des entsprechenden, das elektrisch leitende Material, die Zwischenschicht oder das Koppelmaterial bildenden, Materials, insbesondere durch Sputtern, eine Schattenmaske genutzt wird. Bevorzugt erfolgt die Strukturierung des Polymersubstrates derart, dass die beiden Polymersubstrate, vorzugsweise normal zur Flächenerstreckung ineinandergreifen.at a deposition on - preferably by embossing - structured Optionally, polymer substrates may be entirely based on subsequent structuring the applied materials are dispensed with when applying the corresponding, the electrically conductive material, the intermediate layer or the coupling material forming material, in particular by Sputtering, a shadow mask is used. Preferably, the Structuring of the polymer substrate such that the two polymer substrates, preferably mesh normal to the surface extension.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments as well as from the drawings. These show in:

1: in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Schichtanordnung zur Herstellung eines in 2 gezeigten thermoelektrischen Generators, 1 in a schematic representation of the basic structure of a layer arrangement for producing a in 2 shown thermoelectric generator,

2: einen aus zwei Schichtanordnungen gemäß 1 hergestellten thermoelektrischen Generator, 2 one of two layer arrangements according to 1 manufactured thermoelectric generator,

3 u. 4: unterschiedliche Ansichten einer alternativ aufgebauten Schichtanordnung zur Herstellung eines thermoelektrischen Generators, 3 u. 4 FIG. 2 shows different views of an alternatively constructed layer arrangement for producing a thermoelectric generator, FIG.

5: in einer schematischen Darstellung zwei Herstellungsschritte zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators aus den in den 3 und 4 prinzipiell gezeigten Schichtanordnungen, 5 in a schematic representation of two manufacturing steps for producing a thermoelectric generator from the in the 3 and 4 principle shown layer arrangements,

6: eine alternative Ausführungsform eines thermoelektrischen Generators, bei dem auf das Vorsehen von Koppelmaterial zur elektrischen Kontaktierung zweier Thermopaare verzichtet wurde, 6 FIG. 2: an alternative embodiment of a thermoelectric generator in which the provision of coupling material for electrical contacting of two thermocouples has been dispensed with,

7: in einer schematischen Darstellung eine erste Möglichkeit zur Beschichtung eines Polymersub strates mit elektrisch leitendem Material, einer Zwischenschicht oder Koppelmaterial, 7 in a schematic representation of a first possibility for coating a Polymersub strates with electrically conductive material, an intermediate layer or coupling material,

8: in einer schematischen Darstellung eine weitere alternative Aufbringungsmöglichkeit für elektrisch leitendes Material, eine Zwischenschicht oder Koppelmaterial auf ein Polymersubstrat. 8th in a schematic representation of a further alternative application possibility for electrically conductive material, an intermediate layer or coupling material on a polymer substrate.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In The figures are the same elements and elements with the same Function marked with the same reference numerals.

In 1 ist eine erste Schichtanordnung 1 zur Herstellung eines in 2 gezeigten, thermoelektrischen Generators 2 dargestellt. Die erste Schichtanordnung 1 umfasst ein als Trägerschicht ausgebildetes erstes Polymersubstrat 3 (hier Trägerfolie) mit einer großen Flächenerstreckung. Auf dem ersten Polymersubstrat 3 ist in voneinander beabstandeten Abschnitten ein als Metall ausgebildetes erstes Koppelmaterial 4 aufgebracht, das zum elektrisch leitenden Miteinanderverbinden zweier, später noch zu erläuternder, elektrisch leitfähiger Materialien 7, 8 sowie von Thermopaaren 5 dient. Dabei ist es bevorzugt, wenn das erste Koppelmaterial 4 zunächst vollflächig, beispielsweise durch Drucken, Prägen oder Belegen aufgebracht und in einem daran anschließenden Schritt strukturiert wird, um auf diese Weise elektrisch voneinander isolierte Koppelmaterialabschnitte 6 zu erhalten. Auf jedem Koppelmaterialabschnitt 6 der ersten Schichtanordnung 1 befindet sich in zwei voneinander beabstandeten Bereichen zum einen ein erstes elektrisch leitendes Material 7, hier ein n-dotiertes Halbleitermaterial und zum anderen ein zweites elektrisch leitendes Material 8, hier ein p-dotiertes Halbleitermaterial. Die elektrisch leitfähigen Materialien 7, 8 werden in zwei Schritten aufgebracht und strukturiert, oder wie später noch erläutert werden wird analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 auf verschiedene Polymersubstrate aufgebracht und beim Fügen zweier Schichtanordnungen gerichtet in Kontakt gebracht.In 1 is a first layer arrangement 1 for producing an in 2 shown, thermoelectric generator 2 shown. The first layer arrangement 1 comprises a carrier layer formed as a first polymer substrate 3 (here carrier film) with a large surface extension. On the first polymer substrate 3 is in spaced-apart portions designed as a metal first coupling material 4 applied, the electrically conductive interconnection of two, later to be explained, electrically conductive materials 7 . 8th as well as thermocouples 5 serves. It is preferred if the first coupling material 4 initially applied over the entire surface, for example by printing, embossing or covering and is structured in a subsequent step to electrically insulated in this way coupling material sections 6 to obtain. On every padding material section 6 the first layer arrangement 1 is located in two spaced-apart areas on the one hand, a first electrically conductive material 7 , Here, an n-doped semiconductor material and on the other hand, a second electrically conductive material 8th , here a p-doped semiconductor material. The electrically conductive materials 7 . 8th be applied and structured in two steps, or as will be explained later analogous to the embodiment according to the 4 and 5 applied to various polymer substrates and brought in contact when joining two layer arrangements.

Das erste elektrisch leitende Material 7 und das zweite elektrisch leitende Material 8 sind Bestandteil von in 2 gezeigten, elektrisch in Reihe geschalteten Thermopaaren 5.The first electrically conductive material 7 and the second electrically conductive material 8th are part of in 2 shown, electrically connected in series thermocouples 5 ,

Von ihrem Aufbau her entspricht die zweite Schichtanordnung 9 der ersten Schichtanordnung 1, sodass die Schichtanordnungen 1, 9 derart zusammen bringbar sind, bzw. miteinander laminierbar sind, dass das erste elektrisch leitende Material 7 der ersten Schichtanordnung 1 in Kontakt mit ersten elektrisch leitendem Material 7 der zweiten Schichtanordnung 9 und zweites elektrisch leitendes Material 8 der zweiten Schichtanordnung 9 mit zweitem elektrisch leitendem Material 8 der ersten Schichtanordnung 1 in Kontakt kommt und die in Reihe geschalteten Thermopaare 5 erhalten werden. Wie sich aus 2 ergibt, befindet sich das zweite Koppelmaterial 10 unmittelbar auf dem als Trägerschicht dienenden zweiten Polymersubstrat 13 der zweiten Schichtanordnung 9.The second layer arrangement corresponds to its structure 9 the first layer arrangement 1 so that the layer arrangements 1 . 9 are brought together, or are laminatable with each other, that the first electrically conductive material 7 the first layer arrangement 1 in contact with first electrically conductive material 7 the second layer arrangement 9 and second electrically conductive material 8th the second layer arrangement 9 with second electrically conductive material 8th the first layer arrangement 1 comes into contact and the series thermocouples 5 to be obtained. As it turned out 2 results, is the second coupling material 10 directly on the serving as a carrier layer second polymer substrate 13 the second layer arrangement 9 ,

Anstelle der dargestellten zweiten Schichtanordnung 9, wäre es denkbar, mit der ersten Schichtanordnung 1 eine Schichtanordnung zu kombinieren, die neben einem Polymermaterial lediglich zweites Koppelmaterial 10 umfasst, also wie die dargestellte zweite Schichtanordnung 9 lediglich ohne die elektrisch leitenden Materialien 7, 8 ausgebildet ist.Instead of the illustrated second layer arrangement 9 It would be conceivable with the first layer arrangement 1 a layer arrangement to kom combine, in addition to a polymer material only second coupling material 10 includes, so as the illustrated second layer arrangement 9 only without the electrically conductive materials 7 . 8th is trained.

In 2 bildet das erste Koppelmaterial 4 in der Zeichnungsebene links unten und das zweite Koppelmaterial 10 der zweiten Schichtanordnung 9 in der Zeichnungsebene rechts oben jeweils einen Anschlusskontakt 11, 12 zur elektrischen Kontaktierung des thermoelektrischen Generators 2. Bei einer alternativen, nicht gezeigten, bevorzugten Ausführungsform befinden sich die beiden Anschlusskontakte 11, 12 an einer gemeinsamen Schichtanordnung.In 2 forms the first coupling material 4 in the drawing level, bottom left and the second coupling material 10 the second layer arrangement 9 in the drawing level top right one terminal contact 11 . 12 for electrical contacting of the thermoelectric generator 2 , In an alternative, not shown, preferred embodiment, the two terminals are located 11 . 12 on a common layer arrangement.

Bei dem in 2 gezeigten, schematisch dargestellten, thermoelektrischen Generator 2 befindet sich in der Zeichnungsebene unterhalb der ersten Schichtanordnung 1 eine Wärmesenke 14 und in der Zeichnungsebene oberhalb der zweiten Schichtanordnung 9 eine Wärmequelle 15. Wie sich weiter aus 2 ergibt, befinden sich zwischen den beiden Polymersubstraten 3, 13 mit Gas, hier mit Luft, gefüllte Hohlkammern 16, die alternativ auch Vakuum enthalten können, um die Isolationswirkung noch weiter zu verbessern. Hierfür sind ggf. weitere Maßnahmen zur Gewährleistung der Dichtheit zu ergreifen. Die Polymersubstrate 3, 13 des in 2 gezeigten thermoelektrischen Generators 2 sind auf den einander zugewandten Seiten eben ausgebildet, d. h. nicht strukturiert, wobei auch eine alternative, später noch zu erläuternde Ausführungsform mit strukturierten Polymersubstraten realisierbar ist.At the in 2 shown, schematically illustrated, thermoelectric generator 2 is located in the drawing plane below the first layer arrangement 1 a heat sink 14 and in the plane of the drawing above the second layer arrangement 9 a heat source 15 , How to get out 2 results are located between the two polymer substrates 3 . 13 with gas, here with air, filled cavities 16 , which may alternatively contain vacuum to further improve the insulation effect. For this purpose, if necessary, further measures to ensure the tightness to be taken. The polymer substrates 3 . 13 of in 2 shown thermoelectric generator 2 are flat on the sides facing each other, that is not structured, whereby an alternative, later to be explained embodiment with structured polymer substrates can be realized.

In den 3 und 4 ist eine alternative erste Schichtanordnung 1 zur Herstellung eines in 5 gezeigten thermoelektrischen Generators 2 gezeigt. Dieser umfasst mehrere zickzackförmige Reihen von elektrisch in Reihe geschalteten Thermopaaren 5. Zu erkennen ist, dass auf das flächige erste Polymersubstrat 3 ein erstes Koppelmaterial 4 derart aufgebracht ist, dass zusammen mit einer in 5 mittig gezeigten, spiegelbildlichen zweiten Schichtanordnung 9 der in 5 gezeigte thermoelektrische Generator 2 erhalten werden kann, wobei das erste und das zweite Koppelmaterial 4, 10 winklig zueinander angeordnet sind, so dass der in der Zeichnungsebene rechts dargestellte Zick-Zack-Kurs von in Reihe geschalteten Thermopaaren 5 erhalten wird. Die erste Schichtanordnung 1 umfasst ausschließlich erstes elektrisch leitendes Material 7 und die zweite Schichtanordnung 9 ausschließlich zweites elektrisch leitendes Material 8, wobei die Schichtanordnungen ansonsten von Ihrem Aufbau her identisch sind und durch umklappen der zweiten Schichtanordnung 9 eine zur ersten Schichtanordnung 1 komplementäre Schichtanordnung 9 erhalten wird. Wie sich weiter aus 5 ergibt, sind mehrere zickzackkursartig angeordnete Reihen von Thermopaaren 5 nebeneinander angeordnet. Alternativ ist eine Ausführungsform mit sich kreuzenden Koppelmaterialien 4, 10 realisierbar, wobei die sich kreuzenden Koppelmaterialien sich nicht berühren, sondern mit Abstand zueinander aneinander vorbeigeführt sind.In the 3 and 4 is an alternative first layer arrangement 1 for producing an in 5 shown thermoelectric generator 2 shown. This includes several zigzag rows of thermocouples connected in series 5 , It can be seen that on the flat first polymer substrate 3 a first coupling material 4 is applied in such a way that together with a in 5 centrally shown, mirror image second layer arrangement 9 the in 5 shown thermoelectric generator 2 can be obtained, wherein the first and the second coupling material 4 . 10 are arranged at an angle to each other, so that the zig-zag course shown on the right in the drawing plane of thermocouples connected in series 5 is obtained. The first layer arrangement 1 includes only first electrically conductive material 7 and the second layer arrangement 9 only second electrically conductive material 8th Otherwise, the layer arrangements are identical in structure and by folding down the second layer arrangement 9 one to the first layer arrangement 1 complementary layer arrangement 9 is obtained. How to get out 5 results are several zigzag arranged rows of thermocouples 5 arranged side by side. Alternatively, an embodiment with intersecting coupling materials 4 . 10 can be realized, wherein the intersecting coupling materials do not touch, but at a distance past each other are passed.

Wie sich weiter aus den 3 bis 5 ergibt, sind die Koppelmaterialen 4, 10 der unterschiedlichen Schichtanordnungen 1, 9 abschnittsweise sechseckig konturiert, um eine optimale Flächenausnutzung für die Anordnung der Thermopaare 5 (vgl. 5) zu realisieren.How to get out of the 3 to 5 results are the coupling materials 4 . 10 the different layer arrangements 1 . 9 hexagonal contours in sections, in order to optimize the use of space for the arrangement of the thermocouples 5 (see. 5 ) to realize.

6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines thermoelektrischen Generators 2 mit einer ersten und mit einer zweiten Schichtanordnung 1, 9, wobei die Schichtanordnungen 1, 9 strukturiert sind, derart, dass die Schichtanordnungen 1, 9 normal zur Flächenerstreckung ineinandergreifen. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde bewusst auf das Vorsehen von Koppelmaterialien verzichtet; das erste elektrisch leitende Material 7 befindet sich unmittelbar auf dem ersten Polymersubstrat 3, welches aus geschäumtem Kunststoff ausgebildet sein kann, um die Wärmeisolierung zu verbessern, wohingegen sich das zweite elektrisch leitende Material 8 unmittelbar auf dem zweiten Polymersubstrat 13 befindet, wobei durch eine geeignete Strukturierung und Ausrichtung der Schichtanordnungen 1, 9 eine unmittelbare Kontaktierung jeweils zweier unterschiedlicher elektrisch leitfähiger Materialien 7, 8 sowie der von elektrisch leitenden Materialien 7, 8 gebildeten Thermopaaren 5 erreicht wird. 6 shows an alternative embodiment of a thermoelectric generator 2 with a first and a second layer arrangement 1 . 9 , wherein the layer arrangements 1 . 9 are structured, such that the layer arrangements 1 . 9 mesh normal to the surface extension. In contrast to the embodiments described above was deliberately omitted the provision of coupling materials; the first electrically conductive material 7 is located directly on the first polymer substrate 3 , which may be formed of foamed plastic to improve the thermal insulation, whereas the second electrically conductive material 8th directly on the second polymer substrate 13 wherein, by suitable structuring and alignment of the layer arrangements 1 . 9 an immediate contacting of two different electrically conductive materials 7 . 8th and of electrically conductive materials 7 . 8th formed thermocouples 5 is reached.

7 zeigt eine Möglichkeit zum Aufbringen eines ersten elektrisch leitenden Materials 7 auf ein erstes Polymersubstrat 3 zur Herstellung einer ersten Schichtanordnung 1, wobei die Darstellung gemäß 7 nur beispielhaft zu verstehen ist, derart, dass anstelle des ersten elektrisch leitenden Materials 7 mit dem gezeigten Plasmabeschichtungsverfahren auch eine Zwischenschicht und/oder erstes Koppelmaterial aufgebracht werden kann. Zu erkennen ist, dass das erste Polymersubstrat 3 vor der Aufbringung des ersten elektrisch leitenden Materials 7 einseitig strukturiert, d. h. auf einer Seite mit Ausnehmungen 17 versehen wurde. Für den Plasmabeschichtungsprozess werden diese Ausnehmungen 17 mit einer Hilfsplatte 18 verschlossen. Zur Realisierung der Beschichtung wird das Plasma in den Ausnehmungen 17 gezündet. 7 shows a possibility for applying a first electrically conductive material 7 on a first polymer substrate 3 for producing a first layer arrangement 1 , wherein the representation according to 7 by way of example only, such that instead of the first electrically conductive material 7 an intermediate layer and / or first coupling material can also be applied with the plasma coating method shown. It can be seen that the first polymer substrate 3 before the application of the first electrically conductive material 7 structured on one side, ie on one side with recesses 17 was provided. For the plasma coating process, these recesses become 17 with an auxiliary plate 18 locked. To realize the coating, the plasma in the recesses 17 ignited.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird eine Beschichtung, hier erstes elektrisch leitendes Material 7, auf ein strukturiertes erstes Polymersubstrat 3 durch Sputtern oder mittels eines ähnlichen Prozesses aufgebracht, wobei zur Realisierung einer strukturierten Aufbringung des elektrisch leitenden Materials 7 eine Schattenmaske 19 eingesetzt wird.In the embodiment according to 8th becomes a coating, here first electrically conductive material 7 , on a structured first polymer substrate 3 applied by sputtering or by means of a similar process, wherein to realize a structured application of electrically conduct the material 7 a shadow mask 19 is used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 10231445 A1 [0003] - DE 10231445 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• - Leonov et al., Thermoelectric MEMS generators as a power supply for a body area network, Transducers 2005 [0002] - Leonov et al., Thermoelectric MEMS generators as a power supply for a body area network, Transducers 2005 [0002]
• - Leonov et al., Wireless microsystems powered by homeotherms, Smart Systems Integration 2007 [0002] - Leonov et al., Wireless microsystems powered by homeothermics, Smart Systems Integration 2007 [0002]

Claims (19)

Thermoelektrischer Generator, umfassend mindestens ein in Abhängigkeit einer Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung erzeugendes Thermopaar (5), sowie ein erstes und ein zweites Polymersubstrat (3, 13), dadurch gekennzeichnet, dass das Thermopaar (5) zwischen den Polymersubstraten (3, 13) angeordnet ist.Thermoelectric generator comprising at least one thermocouple generating an electrical voltage as a function of a temperature difference ( 5 ), as well as a first and a second polymer substrate ( 3 . 13 ), characterized in that the thermocouple ( 5 ) between the polymer substrates ( 3 . 13 ) is arranged. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von elektrisch leitend miteinander verbundenen, vorzugsweise in Reihe geschalteten, Thermopaaren (5) zwischen den, vorzugsweise ebenen, Polymersubstraten (3, 13) angeordnet sind.Generator according to claim 1, characterized in that a plurality of electrically conductively connected, preferably in series, thermocouples ( 5 ) between the, preferably flat, polymer substrates ( 3 . 13 ) are arranged. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermopaare (5) auf einer Fläche von mindestens einem Quadratmeter, vorzugsweise mindestens zwei Quadratmetern, ganz besonders bevorzugt mindestens fünf Quadratmetern, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind.Generator according to claim 2, characterized in that the thermocouples ( 5 ) are distributed over an area of at least one square meter, preferably at least two square meters, very particularly preferably at least five square meters, in particular evenly distributed. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Polymersubstraten (3, 13) mindestens eine, insbesondere als Luftspalt ausgebildete, Hohlkammer (16), vorgesehen ist, und/oder das erste und/oder das zweite Polymersubstrat (3, 13), zumindest abschnittsweise, aus geschäumtem, vorzugsweise geschlossenporigem, Kunststoff ausgebildet sind/ist.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that between the polymer substrates ( 3 . 13 ) at least one, in particular formed as an air gap, hollow chamber ( 16 ), and / or the first and / or the second polymer substrate ( 3 . 13 ), at least in sections, are made of foamed, preferably closed-cell, plastic / is. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Polymersubstrat (3), vorzugsweise auf der dem zweiten Polymersubstrat (13) zugewandten Seite und/oder auf dem zweiten Polymersubstrat (13), vorzugsweise auf der dem ersten Polymersubstrat (3) zugewandten Seite, mindestens ein Anschlusskontakt (11, 12) zum elektrischen Kontaktieren des mindestens einen Thermopaares (5) ausgebildet ist.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that on the first polymer substrate ( 3 ), preferably on the second polymer substrate ( 13 ) facing side and / or on the second polymer substrate ( 13 ), preferably on the first polymer substrate ( 3 ) facing side, at least one terminal contact ( 11 . 12 ) for electrically contacting the at least one thermocouple ( 5 ) is trained. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermopaar (5) erste und zweite elektrisch leitende, unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise über Koppelmaterial (4, 10), elektrisch leitend miteinander verbundene Materialen (7, 8), insbesondere unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien, vorzugsweise mit hohen Seebeck-Koeffizienten, aufweist.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the thermocouple ( 5 ) first and second electrically conductive, directly or indirectly, for example via coupling material ( 4 . 10 ) electrically conductively interconnected materials ( 7 . 8th ), in particular differently doped semiconductor materials, preferably with high Seebeck coefficients. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch leitende Material (7) und/oder das zweite elektrisch leitende Material (8) unmittelbar auf dem ersten Polymersubstrat (3), oder auf mindestens einer auf dem ersten Polymermaterial angeordneten, vorzugsweise als Haftvermittlerschicht ausgebildeten, ersten Zwischenschicht, oder auf einem auf dem ersten Polymersubstrat (3) oder auf der ersten Zwischenschicht angeordneten Koppelmaterial (4, 10) angeordnet sind/ist, und/oder dass das erste und/oder das zweite elektrisch leitende Material (8) unmittelbar auf dem zweiten Polymersubstrat (13), oder auf mindestens einer auf dem zweiten Polymermaterial angeordneten, vorzugsweise als Haftvermittlerschicht ausgebildeten, zweiten Zwischenschicht, oder auf einem auf dem zweiten Polymersubstrat (13) oder auf der zweiten Zwischenschicht angeordneten Koppelmaterial (4, 10) angeordnet sind/ist.Generator according to claim 6, characterized in that the first electrically conductive material ( 7 ) and / or the second electrically conductive material ( 8th ) directly on the first polymer substrate ( 3 ), or on at least one disposed on the first polymer material, preferably as a primer layer formed first intermediate layer, or on one on the first polymer substrate ( 3 ) or arranged on the first intermediate layer coupling material ( 4 . 10 ) are arranged, and / or that the first and / or the second electrically conductive material ( 8th ) directly on the second polymer substrate ( 13 ), or on at least one disposed on the second polymer material, preferably as a primer layer formed second intermediate layer, or on one on the second polymer substrate ( 13 ) or arranged on the second intermediate layer coupling material ( 4 . 10 are arranged / is. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Polymersubstrat (3, 13) als Polymerfolie oder Polymerfolienanordnung ausgebildet sind/ist.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second polymer substrate ( 3 . 13 ) are formed as a polymer film or polymer film assembly / is. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, jeweils zwei Thermopaare (5) und/oder erstes und zweites elektrisch leitendes Material (7, 8) elektrisch miteinander verbindende, vorzugsweise aus Koppelmaterial (4, 10) ausgebildete, Kontaktabschnitte sich überkreuzend angeordnet sind, und/oder dass mindestens eine zickzackförmige oder wellenförmige Bahn von in Reihe geschalteten Thermopaaren (5) vorgesehen ist.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that two, in each case two thermocouples ( 5 ) and / or first and second electrically conductive material ( 7 . 8th ) electrically interconnecting, preferably made of coupling material ( 4 . 10 ), contact sections are arranged in an intersecting manner, and / or that at least one zigzag or wavy path of series-connected thermocouples ( 5 ) is provided. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymersubstrat (3) in einer Wärmesenke (14) und das zweite Polymersubstrat (13) in einer Wärmequelle (15) angeordnet ist, oder umgekehrt.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the first polymer substrate ( 3 ) in a heat sink ( 14 ) and the second polymer substrate ( 13 ) in a heat source ( 15 ), or vice versa. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymersubstrate (3, 13) ineinandergreifend angeordnet sind.Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer substrates ( 3 . 13 ) are arranged interlocking. Verwendung eines thermoelektrischen Generators (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Energiegewinnung als Bestandteil eines Gebäudes, eines Kraftfahrzeugs, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Kleidungsstücks, eines Handgerätes, einer Solarzelle, einer Armbanduhr, eines elektrischen und/oder elektronischen Gerätes.Use of a thermoelectric generator ( 2 ) according to one of the preceding claims for energy production as a component of a building, a motor vehicle, an aircraft, a watercraft, a garment, a handset, a solar cell, a wristwatch, an electrical and / or electronic device. Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Generators (2), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Schritte: • Aufbringen mindestens eines ersten und/oder zweiten elektrisch leitenden Materials (7, 8) auf ein erstes Polymersubstrat (3), oder auf mindestens eine auf dem ersten Polymersubstrat (3) vorgesehene erste Zwischenschicht, oder auf ein auf dem ersten Polymermaterial oder der mindestens einen ersten Zwischenschicht vorgesehenes erstes Koppelmaterial (4), und dadurch Schaffen einer ersten Schichtanordnung (1), • Schaffen mindestens einer, ein zweites Polymersubstrat (13) umfassenden zweiten Schichtanordnung (9), • Fügen der beiden Schichtanordnungen (1, 9), derart, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Polymersubstrat (3, 13) mindestens ein in Abhängigkeit einer Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung erzeugendes Thermopaar (5) angeordnet ist.Method for producing a thermoelectric generator ( 2 ), preferably according to one of claims 1 to 11, characterized by the steps of: applying at least one first and / or second electrically conductive material ( 7 . 8th ) on a first polymer substrate ( 3 ), or at least one on the first polymer substrate ( 3 ) provided on the first polymer material or the at least one first intermediate layer first coupling material ( 4 ), and thereby creating a first Schichtanord tion ( 1 ), Creating at least one, a second polymer substrate ( 13 ) second layer arrangement ( 9 ), • joining the two layer arrangements ( 1 . 9 ), such that between the first and the second polymer substrate ( 3 . 13 ) at least one in dependence on a temperature difference generating an electrical voltage thermocouple ( 5 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schichtanordnung (9) identisch wie die erste Schichtanordnung (1) ausgebildet wird.Method according to claim 13, characterized in that the second layer arrangement ( 9 ) identical to the first layer arrangement ( 1 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schichtanordnung (9) dadurch geschaffen wird, dass mindestens ein erstes und/oder ein zweites elektrisch leitendes Material (7, 8) auf das zweite Polymersubstrat (13) oder auf mindestens eine auf das zweite Polymersubstrat (13) vorgesehene Zwischenschicht, oder auf ein auf dem zweiten Polymersubstrat (13) oder der mindestens einen zweiten Zwischenschicht vorgesehenes zweites Koppelmaterial (10) aufgebracht werden/wird, und/oder dadurch, dass auf das zweite Polymersubstrat (13), insbesondere ausschließlich, zweites Koppelmaterial (10) aufgebracht wird und/oder dadurch, dass auf das zweite Polymersubstrat zunächst eine zweite Zwischenschicht aufgebracht wird, auf die dann, vorzugsweise ausschließlich, zweites Koppelmaterial (10) aufgebracht wird.Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the second layer arrangement ( 9 ) is provided in that at least a first and / or a second electrically conductive material ( 7 . 8th ) on the second polymer substrate ( 13 ) or at least one on the second polymer substrate ( 13 ) provided intermediate layer, or on a on the second polymer substrate ( 13 ) or the at least one second intermediate layer provided second coupling material ( 10 ), and / or by applying to the second polymer substrate ( 13 ), in particular exclusively, second coupling material ( 10 ) is applied and / or in that on the second polymer substrate, first a second intermediate layer is applied, then then, preferably exclusively, second coupling material ( 10 ) is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite elektrisch leitende Material (7, 8) und/oder das fakultativ vorgesehene erste und/oder zweite Koppelmaterial (4, 10) durch Beschichten, insbesondere Plasmabeschichten und/oder Sputtern, und/oder Drucken und/oder Belegen aufgebracht, insbesondere strukturiert, aufgebracht werden/wird.Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that the first and / or the second electrically conductive material ( 7 . 8th ) and / or the optionally provided first and / or second coupling material ( 4 . 10 ) by coating, in particular plasma coating and / or sputtering, and / or printing and / or documents applied, in particular structured, applied / will. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite elektrisch leitende Material (7, 8) und/oder das fakultativ vorgesehene erste und/oder zweite Koppelmaterial (4, 10) nach dem Aufbringen strukturiert werden/wird.A method according to claim 16, characterized in that the first and / or the second electrically conductive material ( 7 . 8th ) and / or the optionally provided first and / or second coupling material ( 4 . 10 ) is structured after application. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Polymersubstrat (3, 13) vor dem Aufbringen des ersten bzw. zweiten elektrischen Materials (7, 8), insbesondere durch Prägen, strukturiert wird, oder strukturiert, insbesondere durch Spritzgießen, hergestellt wird.Method according to one of claims 16 or 17, characterized in that the first and / or the second polymer substrate ( 3 . 13 ) before applying the first or second electrical material ( 7 . 8th ), in particular by embossing, is structured, or structured, in particular by injection molding, is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes und/oder zweites Polymersubstrat (3, 13) geschäumtes, insbesondere geschlossenporiges, Material verwendet wird/werden.Method according to one of claims 13 to 18, characterized in that as the first and / or second polymer substrate ( 3 . 13 ) foamed, in particular closed-pored, material is / are used.