DE102011115172A1 - Textile thermoelectric component - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein textiles thermoelektrisches Bauelement, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendungen eines textilen thermoelektrischen Bauelements. Aufgabe der Erfindung ist es ein textiles thermoelektrisches Bauelement anzubieten, das bei ausreichender Flexibilität die unterschiedlich temperierten Schichten thermisch voneinander optimal isoliert, ohne deren Dicke zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung es, ein Verfahren anzubieten, durch das ein erfindungsgemäßes Bauelement mit geringem Aufwand herzustellen ist und weiterhin, das Bauelement zur Erzeugung einer Spannung und einer Temperaturdifferenz einzusetzen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisch isolierendes flächiges Trägermaterial (2), das in der Weise von Deckfäden (3, 4) bedeckt und von Verbindungsfäden (5, 6) mit jeweils unterschiedlichen thermoelektrischen Materialeigenschaften durchsetzt ist, dass die Deckfäden (3, 4) und die Verbindungsfäden (5, 6) miteinander ein thermoelektrisches Element bilden, wobei eine erste Flachseite des Trägermaterials (2) mit den ersten Deckfäden (3) eine erste Seite (7) und eine zweite Flachseite des Trägermaterials (2) mit den zweiten Deckfäden (4) eine zweite Seite (8) des thermoelektrischen Elements bilden, und wobei die ersten und die zweiten Deckfäden (3, 4) durch die Verbindungsfäden (5, 6) miteinander verbunden und die Verbindungsstellen (A, B, C, D) zwischen Deck- und Verbindungsfäden (3, 4, 5, 6) elektrisch leitend sind. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des textilen thermoelektrischen Bauelements (1) auf Basis eines thermisch isolierenden flächigen Trägermaterials (2). Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung des textilen thermoelektrischen Bauelements (1), wobei dieses wahlweise als Seebeck-Element zur Spannungserzeugung und als Peltier-Element zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz eingesetzt wird, wobei die Seiten (7, 8) der niedrigen und der hohen Temperatur bedarfsweise gewechselt werden. Weitere Verwendungen liegen darin, dass die von den einzelnen Bereichen des thermoelektrischen Bauelements (1) elektrischen Spannungen getrennt erfasst und einer Signalverarbeitung (22) zugeführt werden.The invention relates to a textile thermoelectric component, a method for its production and uses of a textile thermoelectric component. The object of the invention is to offer a textile thermoelectric component which, with sufficient flexibility, thermally optimally isolates the differently tempered layers from one another without increasing their thickness. A further object of the invention is to provide a method by which a component according to the invention can be produced with little effort and furthermore to use the component for generating a voltage and a temperature difference. The object is achieved by an electrically insulating planar carrier material (2), which is covered in the manner of cover threads (3, 4) and interspersed by connecting threads (5, 6), each with different thermoelectric material properties, that the cover threads (3, 4) and the connecting threads (5, 6) together form a thermoelectric element, wherein a first flat side of the carrier material (2) with the first cover threads (3) has a first side (7) and a second flat side of the carrier material (2) with the second cover threads (2). 4) form a second side (8) of the thermoelectric element, and wherein the first and second covering threads (3, 4) are interconnected by the connecting threads (5, 6) and the connecting points (A, B, C, D) between the deck - And connecting threads (3, 4, 5, 6) are electrically conductive. The object is also achieved by a method for producing the textile thermoelectric component (1) based on a thermally insulating flat carrier material (2). The object is further achieved by the use of the textile thermoelectric component (1), this being used optionally as a Seebeck element for generating voltage and as a Peltier element for generating a temperature difference, wherein the sides (7, 8) of the low and the high Temperature can be changed as needed. Other uses are that of the individual areas of the thermoelectric device (1) detected electrical voltages separately and signal processing (22) are supplied.

Description

Die Erfindung betrifft ein textiles thermoelektrisches Bauelement, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie seine Verwendung. Unter Thermoelektrizität wird die gegenseitige Beeinflussung von Temperatur und Elektrizität und ihre Umsetzung ineinander verstanden. Ein thermoelektrisches Element nutzt den Seebeckeffekt, der aus einer Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung zwischen zwei verschiedenen Leitern hervorruft. Entsprechend kann bei der Nutzung des reziproken Peltiereffekts eine Spannung zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz zwischen den Leitern oder Halbleitern, erreicht werden.The invention relates to a textile thermoelectric component, a method for its production and its use. Thermoelectricity is understood to mean the mutual influence of temperature and electricity and their interconversion. A thermoelectric element uses the Seebeck effect, which causes a voltage difference between two different conductors from a temperature difference. Accordingly, when using the reciprocal Peltier effect, a voltage for generating a temperature difference between the conductors or semiconductors can be achieved.

Grundlage für den Peltiereffekt ist der Kontakt von zwei Halbleitern, die ein unterschiedliches Energieniveau (entweder p- oder n-leitend) der Leitungsbänder besitzen. Leitet man einen Strom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien, so muss auf der einen Kontaktstelle Wärmeenergie aufgenommen werden, damit das Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt. Dadurch kommt es zu einer Abkühlung. Auf der anderen Kontaktstelle fällt das Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau, so dass hier Energie in Form von Wärme abgegeben wird.The basis for the Peltier effect is the contact of two semiconductors, which have a different energy level (either p- or n-type) of the conduction bands. If a current is conducted through two contact points of these materials, thermal energy must be absorbed at one contact point so that the electron enters the higher energy conduction band of the adjacent semiconductor material. This causes a cooling. At the other contact point, the electron falls from a higher to a lower energy level, so that here energy is given off in the form of heat.

Da n-dotierte Halbleiter ein niedrigeres Energieniveau des Leitungsbandes aufweisen, erfolgt die Kühlung dabei an der Stelle, an der Elektronen von dem n-dotierten in den p-dotierten Halbleiter übergehen. Der technische Stromfluss erfolgt also vom p-dotierten zum n-dotierten Halbleiter. Der Effekt tritt auch bei Metallen anstelle von Halbleitern auf, ist hier jedoch sehr gering und wird fast vollständig durch die Stromwärme und die hohe Wärmeleitfähigkeit überlagert.Since n-doped semiconductors have a lower energy level of the conduction band, the cooling takes place at the point at which electrons pass from the n-doped semiconductor into the p-doped semiconductor. The technical current flow thus takes place from the p-doped to the n-doped semiconductor. The effect also occurs with metals instead of semiconductors, but is very low here and is almost completely superimposed by the current heat and the high thermal conductivity.

Die Nutzung des thermoelektrischen Effekts zur Energiegewinnung an Gebäuden ist bekannt und wird auch in Ergänzung zur photovoltaischen Stromerzeugung aus Sonnenstrahlung vorgeschlagen. So beschreibt die EP 2 239 787 A1 einen Solarkollektor, der den photovoltaischen Effekt mit dem thermoelektrischen Seebeckeffekt kombiniert und dazu im Inneren eine Isolation aufweist, um die beiden Leiter entsprechend zu beabstanden. Dadurch kann ein ausreichend großer Temperaturunterschied gehalten werden, ohne dass dieser sich zu schnell über die Zwischenschicht ausgleicht. Der beschriebene Solarkollektor ist an Fassade und Dach in herkömmlicher Weise anbringbar. Er ist jedoch starr und weist keine Flexibilität auf. Ein Einsatz in Bauelementen, die bei Einbau oder im Einsatz elastisch sein müssen, ist somit ausgeschlossen. Der Solarkollektor muss zudem immer an der Oberfläche des betreffenden Gebäudes angebracht sein. Dadurch beeinflusst er das Aussehen des Gebäudes. Weiterhin ist die Schichtdicke begrenzt, da nur ein Aufbau begrenzter Stärke auf die Fassade tolerierbar ist.The use of the thermoelectric effect for energy production in buildings is known and is also proposed in addition to photovoltaic power generation from solar radiation. That's how it describes EP 2 239 787 A1 a solar collector, which combines the photovoltaic effect with the thermoelectric Seebeckeffekt and in the interior has an insulation to space the two conductors accordingly. This allows a sufficiently large temperature difference can be maintained without this compensates too quickly on the intermediate layer. The solar collector described can be attached to the facade and roof in a conventional manner. However, it is rigid and has no flexibility. A use in components that must be elastic when installed or in use, is therefore excluded. The solar collector must always be attached to the surface of the building in question. This influences the appearance of the building. Furthermore, the layer thickness is limited, since only a structure of limited strength on the facade is tolerable.

Einige der vorgenannten Probleme löst die DE 1 994 68 06 A1 . Hier werden Energiemodule vorgeschlagen, die zum Einbau in Wand, Decke oder als Dachziegel zur Nutzung von Temperaturunterschieden im Gebäude geeignet sind. Nachteilig hieran ist jedoch ein aufwendiger Einbau, da besondere Bauelemente zum Einsatz kommen, die um thermoelektrische Elemente ergänzt sind. Solche Bauelemente weisen in aller Regel eine verminderte Festigkeit auf, da die Bereiche, in denen das thermoelektrische Element eingesetzt ist, das eigentliche Baumaterial, bei einem Dachziegel z. B. Ton, fehlt. Sie sind zudem unflexibel, so dass kein Einsatz in elastischen Bauelementen möglich ist.Some of the above problems solve the DE 1 994 68 06 A1 , Here, energy modules are proposed, which are suitable for installation in wall, ceiling or roof tile for the use of temperature differences in the building. A disadvantage of this, however, is a complex installation, since special components are used, which are supplemented by thermoelectric elements. Such components usually have a reduced strength, since the areas in which the thermoelectric element is used, the actual building material, in a roof tile z. B. sound is missing. They are also inflexible, so that no use in elastic components is possible.

Die DE 10 2009 022 745 A1 erweitert die zu dem Zwecke der Energiegewinnung einsetzbaren Bauelemente, indem die Gebäudehülle an verschiedenen Stellen mit Seebeck-Elementen versehen werden soll. Die Seebeck-Elemente werden dazu an die Bauelemente, beispielsweise an die Dachunterspannbahn, geklebt oder anders in das jeweilige Bauelement integriert. Jedoch auch hieraus erwachsen die Nachteile, dass zunächst direkte Sonneneinstrahlung erforderlich ist. Vor allem aber wird in jedem Fall ein gesonderter Generator mit entsprechendem Schichtaufbau (in der Regel Quader aus p- und n-dotiertem Halbleitermaterial mit Metallbrücken zur Verbindung und als thermische Kontaktbrücken, Isolierplatten) benötigt, der mit dem jeweiligen Bauelement verbunden wird. Damit geht eine Beeinträchtigung der Funktion und des Aussehens des Bauelements einher. Es entsteht zusätzlicher Platzbedarf, da das Seebeck-Element häufig nur, wie im Fall der Unterspannbahn, auf das Bauelement aufzubringen ist. Es gilt daher, je dicker das Seebeck-Element und damit das gesamte Bauelement ist, umso höher ist auch die Temperaturdifferenz, aber es resultiert hieraus auch ein höherer Platzbedarf. Zudem sind die Bauelement unflexibel, zumindest und in gefährlicher Weise im Bereich der Seebeck-Elemente, wodurch es zu Spannungsspitzen und in der Folge zur Rissbildung kommen kann.The DE 10 2009 022 745 A1 extends the usable for the purpose of energy production devices by the building envelope is to be provided at various points with Seebeck elements. The Seebeck elements are glued to the components, for example to the roof underlay, or otherwise integrated into the respective component. However, from this also the disadvantages arise that initially direct sunlight is required. Above all, however, in each case a separate generator with a corresponding layer structure (generally parallelepiped of p- and n-doped semiconductor material with metal bridges for connection and as thermal contact bridges, insulating plates) is required, which is connected to the respective component. This is accompanied by an impairment of the function and the appearance of the device. There is additional space, since the Seebeck element is often only, as in the case of the underlay, to apply to the device. It is therefore true, the thicker the Seebeck element and thus the entire component is, the higher the temperature difference, but it also results in a larger footprint. In addition, the components are inflexible, at least and in a dangerous manner in the area of the Seebeck elements, which can lead to voltage peaks and as a result cracking.

Bezüglich der mangelnden Flexibilität schaffte die US 2008 002 91 46 A1 Abhilfe. Vorgeschlagen wird hier ein flexibler Solargenerator mit Beabstandung der Schichten durch ein Gestrick. Um jedoch größere Schichtdicken mit einem entsprechend großem Abstand der Schichten zu erreichen, ist ein sehr aufwändiges Strickverfahren notwendig. Der mögliche Abstand wird somit durch die erreichbare Dicke des Textils begrenzt. Zudem ist die Druckstabilität begrenzt und das Gestrick weist keinen oder nur einen geringen Isolationseffekt auf. In der Folge tritt ein Wärmeaustausch zwischen den Schichten auf und die Effizienz des thermoelektrischen Elements wird beeinträchtigt.Regarding the lack of flexibility, the US 2008 002 91 46 A1 Remedy. Proposed here is a flexible solar generator with spacing of the layers through a knitted fabric. However, in order to achieve greater layer thicknesses with a correspondingly large spacing of the layers, a very complex knitting process is necessary. The possible distance is thus limited by the achievable thickness of the textile. In addition, the pressure stability is limited and the fabric has no or only a slight insulation effect. As a result, a heat exchange occurs between the layers and the efficiency of the thermoelectric element is impaired.

Nach dem Stand der Technik sind somit textile thermoelektrische Bauelemente bekannt, die entweder bei ausreichender Isolation zwischen den Schichten, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen, die Dicke des damit ausgerüsteten Bauelements stark erhöhen und unflexibel sind oder bei zwar vorhandener Flexibilität eines dreidimensionalen Gestricks weder eine ausreichende Isolation aufweisen, noch die entsprechende Druckfestigkeit eines Bauelements. Zudem ist eine Funktionsumkehr, bei der in demselben Bauelemente ein thermischer Effekt durch Stromfluss hervorgerufen wird, nicht bekannt.According to the state of the art textile thermoelectric components are thus known, which either with sufficient insulation between the layers having different temperatures, greatly increase the thickness of the device equipped therewith and are inflexible or have no sufficient insulation while existing flexibility of a three-dimensional knitted fabric , nor the corresponding compressive strength of a device. In addition, a function reversal, in which a thermal effect is caused by current flow in the same components, is not known.

Daraus resultiert die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein textiles thermoelektrisches Bauelement anzubieten, das bei ausreichender Flexibilität die unterschiedlich temperierten Schichten thermisch voneinander optimal isoliert, ohne erhöhten Platzbedarf aufzuweisen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung es, ein Verfahren anzubieten, durch das ein erfindungsgemäßes textiles thermoelektrisches Bauelement mit geringem Aufwand herzustellen ist.This results in the object of the present invention to provide a textile thermoelectric device that thermally optimally isolated from each other with sufficient flexibility, the different temperature layers, without having increased space requirements. Another object of the invention is to provide a method by which a textile thermoelectric device according to the invention can be produced with little effort.

Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, das textile thermoelektrische Bauelement zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz oder einer elektrischen Spannung einzusetzen.The object of the invention is furthermore to use the textile thermoelectric device for generating a temperature difference or an electrical voltage.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein textiles thermoelektrisches Bauelement, bei dem ein Trägermaterial, das bevorzugt ein elektrisch, besonders bevorzugt zugleich ein thermisch isolierendes flächiges, flexibles Trägermaterial ist, in der Weise von Deckfäden bedeckt und von Verbindungsfäden mit jeweils unterschiedlichen thermoelektrischen Materialeigenschaften durchsetzt ist, dass die Deckfäden und die Verbindungsfäden miteinander ein thermoelektrisches Element bilden, wobei eine erste Flachseite des Trägermaterials mit den ersten Deckfäden eine erste Seite und eine zweite Flachseite des Trägermaterials mit den zweiten Deckfäden eine zweite Seite des thermoelektrischen Elements bilden, und wobei die ersten und die zweiten Deckfäden durch die Verbindungsfäden miteinander verbunden und die Verbindungsstellen zwischen Deck- und Verbindungsfäden elektrisch leitend sind.The object is achieved by a textile thermoelectric component in which a carrier material, which is preferably an electrically, more preferably at the same time a thermally insulating flat, flexible carrier material, covered in the manner of cover threads and interspersed by connecting threads, each with different thermoelectric material properties, that the cover threads and the connecting threads together form a thermoelectric element, wherein a first flat side of the carrier material with the first cover threads form a first side and a second flat side of the carrier material with the second cover threads form a second side of the thermoelectric element, and wherein the first and the second cover threads connected by the connecting threads and the connection points between the cover and connecting threads are electrically conductive.

Die Deckfäden sind an der Oberfläche des Trägermaterials angeordnet und dort von außen sichtbar. Alternative Ausführungsformen sind jedoch vorgesehen. Danach sind die Deckfäden beispielsweise in die Oberfläche eingelassen oder von einer Oberflächenschicht des Trägermaterials überdeckt.The cover threads are arranged on the surface of the carrier material and visible there from the outside. However, alternative embodiments are provided. Thereafter, the cover threads are, for example, embedded in the surface or covered by a surface layer of the carrier material.

Die Verbindungsfäden schaffen eine Verbindung zwischen den ersten Deckfäden und den zweiten Deckfäden durch das Trägermaterial hindurch, wodurch eine elektrische Verbindung entsteht. Unterschiedliche thermoelektrische Eigenschaften, nämlich die Seebeck-Konstante, vor allem aber auch die Peltier-Konstante, der elektrisch aktiven Bestandteile von Deckfäden und Verbindungsfäden führen zu den erfindungswesentlichen thermoelektrischen Effekten.The connecting threads create a connection between the first cover threads and the second cover threads through the support material, whereby an electrical connection is formed. Different thermoelectric properties, namely the Seebeck constant, but above all the Peltier constant, the electrically active constituents of covering threads and connecting threads lead to the thermoelectric effects essential to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Deckfäden und die Verbindungsfäden elektrisch leitendend. Hierbei kommen unterschiedliche Metalle zum Einsatz, die zumindest einen signifikanten Seebeckeffekt hervorrufen, in geringem Maße auch einen Peltiereffekt. Kommt es auf Letzteren nicht an, so bietet diese Ausführungsform den besonderen Vorteil eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus und einer unaufwändigen Herstellung. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Kupferdrähten als Deckfäden. Andere geeignete Metallpaarungen sind bekannt, wie beispielsweise Ni/NiCr.In a preferred embodiment, the cover threads and the connecting threads are electrically conductive. Here are different metals are used, which cause at least a significant Seebeckeffekt, to a small extent, a Peltier effect. If it does not matter on the latter, this embodiment offers the particular advantage of a simple and inexpensive construction and an unobtrusive production. Particularly preferred is the use of copper wires as cover threads. Other suitable metal pairings are known, such as Ni / NiCr.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Deckfäden elektrisch leitend und die Verbindungsfäden elektrisch halbleitend und erste elektrisch halbleitende Verbindungsfäden weisen eine n-Dotierung und zweite elektrisch halbleitende Verbindungsfäden weisen eine p-Dotierung auf. Die Kombination eines metallischen Leiters mit einem Halbleiter, der wechselweise p-dotiert und n-dotiert in Reihe geschaltet ist, führt bekanntermaßen zu einem sehr effektiven thermoelektrischen Element, das sowohl als Peltier-Element, als auch als Seebeck-Element einsetzbar ist. Damit ist ein besonders universeller Einsatz möglich.In a further preferred embodiment, the cover threads are electrically conductive and the connecting threads are electrically semiconducting and first electrically semiconductive connecting threads have an n-doping and second electrically semiconducting connecting threads have a p-doping. The combination of a metallic conductor with a semiconductor which is alternately p-doped and n-doped in series leads, as is known, to a very effective thermoelectric element which can be used both as a Peltier element and as a Seebeck element. This makes a particularly universal use possible.

Hierzu erfolgt die Verbindung eines ersten Deckfadens mit einem zweiten Deckfaden über einen Verbindungsfaden, der p-dotiert ist, beispielsweise p-dotiertes Silizium aufweist. Der zweite Deckfaden ist wiederum mit einem weiteren ersten Deckfaden über einen Verbindungsfaden verbunden, der p-dotiert ist, beispielsweise p-dotiertes Silizium als Halbleiter aufweist. In dieser Weise setzt sich der Aufbau des textilen thermoelektrischen Bauelements fort, indem alle oder eine Vielzahl von Einzelelementen in Reihe geschaltet sind. Weitere vorteilhafte Werkstoffverwendungen sind bekannt, beispielsweise Bi:Sb:Zn, Verbindungen der V. und der VI. Hauptgruppe bei Raumtemperatur, Elemente der V. Hauptgruppe und deren Legierungen bei tiefen Temperaturen oder PbTe und SiGe-Legierungen bei hohen Temperaturen. Besonders gut geeignet für die Verbindungsfäden sind Materialien mit einem hohen Seebeckeffekt, einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer geringen thermischen Leitfähigkeit.For this purpose, the connection of a first cover thread with a second cover thread via a connecting thread, which is p-doped, for example, has p-doped silicon. The second cover thread is in turn connected to a further first cover thread via a connecting thread which is p-doped, for example comprising p-doped silicon as a semiconductor. In this way, the structure of the textile thermoelectric device continues by connecting all or a plurality of individual elements in series. Further advantageous material uses are known, for example Bi: Sb: Zn, compounds of the V. and VI. Main group at room temperature, elements of main group V and their alloys at low temperatures or PbTe and SiGe alloys at high temperatures. Particularly suitable for the connecting threads are materials with a high Seebeckeffekt, a high electrical conductivity and a low thermal conductivity.

Wird nun zwischen dem ersten und dem letzten Deckfaden der Reihenschaltung eine Spannung angelegt, so entsteht ein Wärmefluss in den Verbindungsfäden mit der Folge, dass bei einer bestimmten Polung sich im Sinne des Peltiereffekts die ersten Deckfäden auf der ersten Seite des textilen thermoelektrischen Bauelements erwärmen und die zweiten Deckfäden auf der zweiten Seite sich abkühlen. Bei einem Wechsel der Polung kehrt sich der Effekt entsprechend um.Now, if a voltage is applied between the first and the last cover thread of the series connection, a heat flow is created in the Connecting threads with the result that in a certain polarity in the sense of the Peltier effect, the first cover threads on the first side of the textile thermoelectric component heat up and the second cover threads on the second side to cool. When changing the polarity, the effect is reversed accordingly.

Weiterhin ist der Seebeckeffekt nutzbar, wenn zwischen der ersten und der zweiten Seite des textilen thermoelektrischen Bauelements eine Temperaturdifferenz besteht. In diesem Falle ist von den Kontakten des ersten und des letzten Deckfadens eines Teilelements oder des gesamten Bauelements eine Spannung abnehmbar.Furthermore, the Seebeckeffekt can be used if there is a temperature difference between the first and the second side of the textile thermoelectric device. In this case, a voltage is removable from the contacts of the first and the last cover thread of a partial element or of the entire component.

Vorteilhafter Weise ist als Trägermaterial flexibles bahnförmiges Fasermaterial vorgesehen, wie es in vielfältigen Ausführungen auf dem Markt verfügbar ist. Hierzu gehören Isoliermaterialien wie Steinwolle oder Glaswolle. Auch textiltechnologisch hergestellte Produkte, beispielsweise Flächengebilde in Wirrlage, wie Filz oder Nadelfilz, kommen infrage. Ein Trägermaterial bietet den besonderen Vorteil, dass dieses die grundlegenden mechanischen Eigenschaften wie Zug- oder Druckfestigkeit von Hause aus mitbringt und solche Anforderungen an die Deckfäden oder die Verbindungsfäden nur in begrenztem Maße oder gar nicht zu stellen sind. Damit fokussiert sich die Auswahl der Materialien insbesondere auf die elektrischen Eigenschaften, die damit bei minimalem Materialeinsatz in hohem Maße optimierbar sind.Advantageously, as a carrier material flexible web-like fiber material is provided, as it is available in a variety of designs on the market. These include insulating materials such as rock wool or glass wool. Also textile-technologically produced products, such as fabrics in random orientation, such as felt or needle felt, come into question. A carrier material has the particular advantage that it brings home the basic mechanical properties such as tensile or compressive strength and such demands on the cover threads or the connecting threads only to a limited extent or not at all. Thus, the selection of materials focuses in particular on the electrical properties, which are thus optimized with minimal use of materials to a high degree.

Handelt es sich um ein Isoliermaterial, werden dessen wärmeisolierende Eigenschaften nicht oder nur unwesentlich durch das Einbringen geeigneter Deck- und Verbindungsfäden beeinträchtigt. Der spätere Einsatz als Isoliermaterialien kann also in üblicher Weise erfolgen.If it is an insulating material, its heat-insulating properties are not or only slightly affected by the introduction of suitable covering and connecting threads. The later use as insulating materials can thus be done in the usual way.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Deckfäden und/oder die Verbindungsfäden wenigstens teilweise eine elektrisch leitende Beschichtung eines Fadenkerns und die elektrisch halbleitenden Verbindungsfäden wenigstens teilweise eine elektrisch halbleitende Beschichtung eines Fadenkerns aufweisen. Dadurch sind die Deckfäden und/oder die Verbindungsfäden besonders kostengünstig, da ein preiswerter Fadenkern, beispielsweise aus einem üblichen Polymermaterial, verwendet werden kann. Um jedoch die gewünschten elektrischen Eigenschaften der Fäden hervorzurufen, wird dieser Fadenkern mit einem geeigneten Material, das die gewünschten Eigenschaften verkörpert, beschichtet. Damit kann die dafür notwendige Materialmenge sich ausschließlich an den Anforderungen orientieren, die an die elektrischen Eigenschaften zu stellen sind. Die mechanischen Eigenschaften werden im Wesentlichen durch den Fadenkern bestimmt.It has proved favorable if the cover threads and / or the connecting threads at least partially have an electrically conductive coating of a thread core and the electrically semiconducting connecting threads at least partially have an electrically semiconductive coating of a thread core. As a result, the cover threads and / or the connecting threads are particularly cost-effective, since a low-cost thread core, for example made of a conventional polymer material, can be used. However, to produce the desired electrical properties of the filaments, this filament core is coated with a suitable material that embodies the desired properties. Thus, the required amount of material can be based solely on the requirements that are to be placed on the electrical properties. The mechanical properties are essentially determined by the filament core.

Die Beschichtung ist auf dem äußeren Mantel eines vollen Fadenkerns oder eines hohlen Fadenkerns mit ringförmigem Querschnitt, wobei es sich nicht zwingend um einen Kreisring handeln muss, vorgesehen. Alternativ oder ergänzend dazu ist ein Innenmantel, die Innenzylinderwand eines Fadenkerns mit einem Hohlraum im Inneren, mit elektrisch leitender oder elektrisch halbleitender Beschichtung vorgesehen. Der Fadenkern weist einen zylindrischen oder anders geformten, beispielsweise rechteckigen Querschnitt aufThe coating is provided on the outer shell of a full thread core or a hollow thread core with an annular cross-section, which need not necessarily be a circular ring provided. Alternatively or additionally, an inner jacket, the inner cylinder wall of a thread core is provided with a cavity in the interior, with electrically conductive or electrically semiconductive coating. The thread core has a cylindrical or differently shaped, for example rectangular cross-section

Besondere Vorteile bringen diese beschichteten Fäden vor allem, wenn sie als Verbindungsfäden in einem wärmeisolierenden Trägermaterial eingebracht sind. Dann wird durch den Fadenkern, der ein schlechter Wärmeleiter ist, die Wärmeleitung durch die Isolierschicht minimiert und der Isolationseffekt nicht oder nur minimal durch die metallischen Komponenten beeinträchtigt. Der beschichtete Innenmantel eines hohlen Fadenkerns schützt zudem die innere Beschichtung gegen äußere Einflüsse. Ein hohler Fadenkern ermöglicht zudem die Festlegung mechanischer und thermischer Parameter, beispielsweise das Widerstandsmoment des Fadenquerschnitts oder die Größe der thermisch aktiven Oberfläche.Special advantages bring these coated threads especially when they are introduced as connecting threads in a heat-insulating substrate. Then by the filament core, which is a poor conductor of heat, the heat conduction through the insulating minimized and the insulation effect is not or only minimally affected by the metallic components. The coated inner sheath of a hollow thread core also protects the inner coating against external influences. A hollow thread core also makes it possible to establish mechanical and thermal parameters, for example the moment of resistance of the thread cross section or the size of the thermally active surface.

Besondere Vorteile resultieren aus einer Ausführungsform, bei der zwischen jeweils zwei Bereichen der textilen Struktur elektrisch leitender und/oder elektrisch halbleitender Fäden auf dem Trägermaterial ein Trennbereich vorgesehen ist, so dass die beiden Bereiche der textilen Struktur voneinander galvanisch getrennt sind. Dadurch wird es möglich, eine solche Anzahl an thermoelektrischen Einzelelementen in Reihe zu schalten, dass eine gewünschte Ausgangsspannung an diesem Teilelement abgreifbar ist.Particular advantages result from an embodiment in which a separating region is provided between each two regions of the textile structure of electrically conductive and / or electrically semiconducting threads on the carrier material, so that the two regions of the textile structure are galvanically separated from one another. This makes it possible to connect such a number of individual thermoelectric elements in series that a desired output voltage can be tapped off at this subelement.

Beim Betrieb des textilen thermoelektrischen Bauelements als Peltier-Element ist es darüber hinaus möglich, einzelne Bereiche des Bauelements einzeln anzusteuern und entsprechend unabhängig von den anderen Elementen zu temperieren. Auch beim Betrieb als Seebeck-Element kann es sinnvoll sein, beispielsweise für Zwecke der Signalgewinnung und -verarbeitung, die Spannung bzw. deren Änderung über die Zeit in einzelnen Elementen und damit in Teilbereichen des Bauelements gesondert abzugreifen.When operating the textile thermoelectric device as Peltier element, it is also possible to control individual areas of the device individually and to temper accordingly independently of the other elements. Even when operating as Seebeck element, it may be useful, for example, for the purpose of signal extraction and processing, the voltage or change over time in individual elements and thus separate parts of the device separately.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Bereiche der textilen Struktur elektrisch leitender und/oder elektrisch halbleitender Fäden elektrische Anschlüsse aufweisen und damit untereinander oder mit einem externen Stromkreis elektrisch verbindbar sind. Durch das Zusammenschalten der einzelnen Module, die durch Trennbereiche begrenzt werden, können sowohl Spannung als auch Stromstärke variiert und angepasst werden. Zudem ermöglichen die Anschlüsse das Ansteuern der Teilbereiche bzw. das Abgreifen von Spannungen zur Gewinnung von Ausgangssignalen.It is furthermore advantageous if the regions of the textile structure of electrically conductive and / or electrically semiconductive filaments have electrical connections and can therefore be electrically connected to one another or to an external circuit. By interconnecting the individual modules, which are limited by separation areas, both voltage and current can be varied and adapted. In addition, the terminals allow the driving of the subregions or the tapping of voltages for obtaining output signals.

Die elektrischen Anschlüsse sind in der bevorzugten Ausführungsform jeweils mit wenigstens einem Deckfaden, in einer alternativen Ausführungsform auch mit mehreren Deckfäden, verbunden. Alternativ ist jedoch auch die Verbindung mit einen Verbindungsfaden vorgesehen.In the preferred embodiment, the electrical connections are each connected to at least one cover thread, in an alternative embodiment also to a plurality of cover threads. Alternatively, however, the connection is provided with a connecting thread.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines textilen thermoelektrischen Bauelements mit den Verfahrensschritten Einlegen eines thermisch isolierenden flächigen Trägermaterials in eine textiltechnische Vorrichtung, Aufbringen der Deckfäden auf die erste und die zweite Seite des Trägermaterials und Einbringen der Verbindungsfäden in der Weise, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Deckfäden und den Verbindungsfäden entsteht. Die Herstellung des textilen thermoelektrischen Bauelements erfolgt somit im wesentlichen durch textiltechnische Verfahren, wie Stricken, Wirken, Nähen oder Ähnliches, die an die Erfordernisse, die bei der Fertigung des textilen thermoelektrischen Bauelements zu berücksichtigen sind, angepasst werden. Dazu gehört einerseits, dass diese Verfahren auf ein Trägermaterial, bevorzugt eine Fasermatte, angewendet werden und eine dreidimensionale Struktur erzeugbar ist. Weiterhin setzt die Verwendung entsprechend empfindlicher Deckfäden und/oder Verbindungsfäden eine insoweit angepasste Technologie voraus, dass die Fäden weder an ihrer Oberfläche beschädigt noch anderweitig geschädigt, beispielsweise überdehnt werden.The object of the invention is further achieved by a method for producing a textile thermoelectric component with the method steps of inserting a thermally insulating flat carrier material into a textile-technical device, applying the cover threads to the first and the second side of the carrier material and introducing the connecting threads in such a way, that an electrically conductive connection between the cover threads and the connecting threads is formed. The textile thermoelectric component is thus produced essentially by textile technology methods, such as knitting, knitting, sewing or the like, which are adapted to the requirements to be taken into account in the production of the textile thermoelectric component. On the one hand, this means that these methods are applied to a carrier material, preferably a fiber mat, and a three-dimensional structure can be produced. Furthermore, the use of correspondingly sensitive covering threads and / or connecting threads presupposes a technology adapted to that extent that the threads are neither damaged on their surface nor otherwise damaged, for example overstretched.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Deckfäden und den Verbindungsfäden mechanisch stabilisiert wird. Dieses erfolgt besonders bevorzugt durch die Erwärmung der ersten und/oder der zweiten Oberfläche des Bauelements, wodurch die Fäden miteinander verschweißt oder verlötet werden. Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird anstelle der Oberfläche des Bauelements nur einer der Leiter, bevorzugt der Deckfaden, erwärmt. Dies erfolgt in einer vorteilhaften Weiterbildung durch einen Stromfluss durch den Deckfaden. Weitere Möglichkeiten zur mechanischen, elektrisch leitenden Verbindung zwischen Deckfäden und Verbindungsfäden sind vorgesehen. Beispielsweise kommt eine chemische Aktivierung oder eine Photoaktivierung einer Imprägnierung der Fäden zum Einsatz, wodurch es ebenfalls zur Verbindung kommt.It is particularly advantageous if the electrically conductive connection between the cover threads and the connecting threads is mechanically stabilized. This is particularly preferably done by heating the first and / or the second surface of the device, whereby the threads are welded or soldered together. In the particularly preferred embodiment of the method, only one of the conductors, preferably the cover yarn, is heated instead of the surface of the component. This is done in an advantageous development by a current flow through the cover thread. Further possibilities for mechanical, electrically conductive connection between cover threads and connecting threads are provided. For example, a chemical activation or a photoactivation of an impregnation of the threads is used, whereby it also comes to the compound.

Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe liegt in der Verwendung eines textilen thermoelektrischen Bauelements, bei der infolge einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Seite des textilen thermoelektrischen Bauelements einen Spannung zwischen zwei Anschlüssen abgegriffen wird. Hierdurch wird eine weitere alternative, erneuerbare Energiequelle erschlossen.A further solution of the object according to the invention lies in the use of a textile thermoelectric component in which, as a result of a temperature difference between the first and the second side of the textile thermoelectric component, a voltage is tapped between two terminals. As a result, another alternative, renewable energy source is opened up.

Um einen signifikanten Beitrag zur Energieerzeugung, die in einer angemessenen Relation zum Energieverbrauch des mit dem Bauelement ausgestatteten Gebäudes steht, zur möglichen, müssen größere Flächen mit dem Bauelement ausgestattet sein. Dann ist in Ergänzung zu fotovoltaischen Anwendungen eine Energieerzeugung unabhängig von der Sonneneinstrahlung und sogar bei Dunkelheit sowie niedrigen Außentemperaturen möglich.In order to make a significant contribution to energy production, which is in proportion to the energy consumption of the building equipped with the building element, possible, larger areas must be equipped with the device. Then, in addition to photovoltaic applications, power generation is possible regardless of solar radiation and even in the dark and low outside temperatures.

Selbst wenn keine signifikante Menge an Elektroenergie erzeugt werden kann, ist die dezentrale Energiegewinnung von Vorteil. So können kleinere Verbraucher wie Steuerungen, Sicherheits- oder Signaleinrichtungen, die nur eine geringe Energiemenge benötigen, kontinuierlich und ohne aufwändige Zuleitungen oder Auswechseln der Batterien betrieben werden. Allenfalls macht sich eine kurzfristige Energiepufferung erforderlich, um bei mangelnder Stromerzeugung, beispielsweise bei fehlendem Temperaturgefälle im Seebeck-Element, dennoch die Energieeinspeisung zu gewährleisten.Even if no significant amount of electrical energy can be generated, decentralized energy production is an advantage. Thus, smaller consumers such as control systems, safety or signaling devices that require only a small amount of energy, can be operated continuously and without complex leads or replacement of the batteries. At best, a short-term energy buffering is required in order to ensure the energy supply in case of lack of power generation, for example in the absence of a temperature gradient in the Seebeck element.

Besondere Vorteile dieser Verwendung sind dann zu erwarten, wenn als Trägermaterial ein Isoliermaterial für Fassade, Dach, Wände, Decken oder Böden eines Gebäudes vorgesehen ist, das textile thermoelektrisch Bauelement in das Gebäude eingesetzt wird und neben seiner Isolationsfunktion eine Spannung erzeugt. In dem Fall sind sehr große Flächen mit dem thermoelektrischen Bauelement ausgestattet, woraus eine entsprechend hohe Kapazität für die Stromerzeugung resultiert.Particular advantages of this use are to be expected when an insulating material for the facade, roof, walls, ceilings or floors of a building is provided as a substrate, the textile thermoelectric component is inserted into the building and generates a voltage in addition to its isolation function. In this case, very large areas are equipped with the thermoelectric device, resulting in a correspondingly high capacity for power generation.

Wird beispielsweise eine Fassade oder ein Dach isoliert, so gibt sich in der kalten Jahreszeit ein Temperaturgefälle in der Weise, dass niedrige Außentemperaturen einer vergleichsweise hohen Innentemperatur gegenüberstehen. Im umgekehrten Fall erwärmt sich eine sonnenbeschienene Fassade oder ein sonnenbeschienenes Dach der Art, dass es zu einem Temperaturgefälle kommt, bei dem die hohe Temperatur außen und eine vergleichsweise niedrige Temperatur im Inneren des Gebäudes herrscht. In beiden Fällen kann über dem textilen thermoelektrischen Bauelement, das dann als Seebeck-Element fungiert, eine Spannung abgegriffen werden.If, for example, a facade or a roof is insulated, there is a temperature gradient in the cold season in such a way that low outside temperatures contrast with a comparatively high internal temperature. Conversely, a sunlit façade or a sunlit roof will heat up to a temperature gradient where the high temperature outside and a comparatively low temperature inside the building prevail. In both cases, a voltage can be tapped off above the textile thermoelectric component, which then functions as the Seebeck element.

Bevorzugt wird auch als Trägermaterial ein Isoliermaterial für Rohrleitungen vorgesehen ist und damit das textile thermoelektrische Bauelement an der Rohrleitung eingesetzt, das neben seiner Isolationsfunktion eine Spannung erzeugt. Auch hierbei ist eine Energieerzeugung möglich, sobald sich ein Temperaturgradient zwischen der Oberfläche des Rohrs und der Umgebung ergibt. Dies ist beispielsweise bei einem Heizungsrohr der Fall, dass im Inneren eine hohe Temperatur aufweist. Es sind jedoch auch andere Einsatzfelder, wie beispielsweise eine Warmwasserleitung oder eine Kühlleitung, vorgesehen.Preferably, an insulating material for pipelines is provided as a carrier material and thus the textile thermoelectric device used on the pipeline, which generates a voltage in addition to its isolation function. Again, energy production is possible as soon as gives a temperature gradient between the surface of the pipe and the environment. This is the case, for example, with a heating pipe that has a high temperature inside. However, there are also other fields of use, such as a hot water pipe or a cooling line provided.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe trägt zudem die Verwendung eines textilen thermoelektrischen Bauelements bei, wenn das textile thermoelektrische Bauelement wahlweise als Seebeck-Element zur Spannungserzeugung und als Peltier-Element zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz eingesetzt wird, wobei die Seiten der niedrigen und der hohen Temperatur bedarfsweise gewechselt werden. Hierzu kommen die o. g. Isolationsmaterialien infrage, durch die ein Gebäude unter Ausnutzung des Peltiereffekts gekühlt werden kann. Vorgesehen ist auch eine Beheizung des Isolationsmaterials zur Vermeidung von Kondensatbildung im Wandaufbau, die bei ungünstigen Temperatur-Feuchte-Verhältnissen und vor allem im Zusammenhang mit Baumängeln auftreten kann und entsprechende Schäden am Bauwerk hervorruft. Diese wären dann erkenn- und in der Folge vermeidbar.To achieve the object according to the invention also contributes to the use of a textile thermoelectric device when the textile thermoelectric device is optionally used as a Seebeck element for generating voltage and as a Peltier element to produce a temperature difference, the sides of the low and high temperature changes as needed become. These are the o. G. Isolation materials in question, through which a building can be cooled by taking advantage of the Peltier effect. Provided is also a heating of the insulation material to prevent condensation in the wall structure, which can occur in unfavorable temperature-humidity conditions and especially in connection with construction defects and causes corresponding damage to the building. These would then be recognizable and subsequently avoidable.

Weitaus effektiver stellt sich jedoch ein unmittelbarer Einsatz im Innenraum dar. In einer bevorzugten Verwendung wird das textile thermoelektrische Bauelement als Ausstattungselement für Innenräume eingesetzt und trägt zur Raumklimatisierung bei. Dabei kommt ein textiles Trägermaterial, beispielsweise ein Filz oder ein Dekorationsgewebe, das mit der textilen Struktur aus Deckfäden und Verbindungsfäden entsprechend ausgerüstet als textiles thermoelektrischen Bauelement fungiert, zum Einsatz. So ist vorgesehen, ein solches Bauelement in Form eines Vorhangs vor Fenster oder Wände in der Weise zu positionieren, dass es sowohl Strahlung aufnehmen, als auch die Strahlung in den Raum abgeben kann. So ist es bei entsprechendem Temperaturunterschied beider Seiten eines solchen Vorhangs möglich, eine Spannung aus dem Seebeck-Element abzugreifen.Far more effective, however, is an immediate use in the interior. In a preferred use, the textile thermoelectric component is used as an equipment element for interiors and contributes to the room air conditioning. In this case, a textile carrier material, such as a felt or a decorative fabric, which is equipped with the textile structure of cover threads and connecting threads appropriately equipped as a textile thermoelectric device is used. Thus, it is envisaged to position such a device in the form of a curtain in front of windows or walls in such a way that it can absorb both radiation and can deliver the radiation into the room. Thus, it is possible with appropriate temperature difference of both sides of such a curtain to tap a voltage from the Seebeck element.

Der ein textiles thermoelektrisches Bauelement aufweisende Vorhang kann jedoch auch mit einer Spannung beaufschlagt werden und zur Raumklimatisierung beitragen. In der warmen Jahreszeit und bei hohen Innenraumtemperaturen wird das Peltier-Element in der Weise betrieben, dass die kalte Seite zum Raum hinweist. Dadurch entsteht eine „Kältestrahlung”, die selbst bei höherer Lufttemperatur im Raum ein angenehmes Empfinden hervorruft und den störenden Einfluss der hohen Raumtemperatur mildert. Im umgekehrten Fall, wenn eine Beheizung des Raumes erforderlich wäre, wird die zum Raum hin weisende Seite des als Vorhang ausgeführten textilen thermoelektrischen Bauelements infolge gegenteiliger Polung erwärmt. Die Wärmestrahlung führt zu einem behaglichen Empfinden bei den im Raum befindlichen Personen, ohne dass eine übermäßig hohe Lufttemperatur erforderlich würde. Dadurch können Heizkosten gespart werden. Zudem ist die gesamte Temperierungsanlage auf Basis des textilen thermoelektrischen Bauelements sehr reaktionsschnell, was mit einer herkömmlichen Heizung oder Klimaanlage, die im Raum befindliche Luft erwärmt oder kühlt, nicht ansatzweise erreichbar wäre.However, the curtain having a textile thermoelectric component can also be subjected to a voltage and contribute to the room air conditioning. In the warm season and at high interior temperatures, the Peltier element is operated in such a way that the cold side points to the room. This results in a "cold radiation", which causes a pleasant sensation even in higher air temperature in the room and mitigates the disturbing influence of high room temperature. Conversely, if heating of the room were required, the room-facing side of the textile thermoelectric device designed as a curtain is heated due to the opposite polarity. The thermal radiation leads to a comfortable feeling in the people in the room, without an excessively high air temperature would be required. This can save heating costs. In addition, the entire Temperierungsanlage based on the textile thermoelectric device is very responsive, which would not be approachable with a conventional heating or air conditioning, the air in the room or heated air cools.

Anstelle eines Vorhangs, wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, sind auch andere Einbauten im Raum zur Aufnahme eines thermoelektrischen Bauelements vorgesehen. Dies sind beispielsweise Isoliertapeten oder Elemente des Innenausbaus, insbesondere in Holzverkleidungen eingebettete thermoelektrische Bauelemente.Instead of a curtain, as provided in the preferred embodiment, other internals are provided in the space for receiving a thermoelectric device. These are, for example, insulated wallpaper or elements of the interior design, especially embedded in wood panels thermoelectric components.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die Verwendung eines textilen thermoelektrischen Bauelements, bei dem die von den einzelnen Bereichen des thermoelektrischen Bauelements erzeugten elektrischen Spannungen getrennt erfasst und einer Signalverarbeitung zugeführt werden. Dies erfolgt bevorzugt durch gesonderte Signalkontakte. Hieraus resultieren besondere Vorteile bei der Überwachung des Gebäudes, der Feststellung von Havarien und aufkommenden Bauschäden.The object according to the invention is likewise achieved by the use of a textile thermoelectric component, in which the electrical voltages generated by the individual regions of the thermoelectric component are detected separately and supplied to signal processing. This is preferably done by separate signal contacts. This results in particular advantages in the monitoring of the building, the detection of accidents and emerging structural damage.

So erfolgt beispielsweise eine Temperaturmessung, deren Ergebnisse als Daten bei der Gebäudeautomatisation zur Verfügung stehen. Dadurch ist eine lokale Beeinflussung einzelner Bereiche des Gebäudes, beispielsweise eine geänderte Beheizung schattige Bereiche oder eine Kühlung bei örtlicher Sonneneinstrahlung möglich, ohne das gesamte Gebäude mit übermäßig hohen Energieeinsatz zu stark zu kühlen oder zu heizen. Zudem weisen lokale Temperaturerhöhung ein auf einen entstehenden Brand, beispielsweise im verdeckten Bereichen wie Installationsschächten, hin. Dabei wird nicht nur eine Brandmeldung ausgelöst, sondern auch eine Lokalisierung des Brandherdes ermöglicht. Temperaturunterschiede zu umgebenden Bereichen sind auch im Falle von bauklimatischen Schäden, wie einem Feuchteanfall in der Fassade durch eindringenden kondensierenden Wasserdampf oder bei Nässeschäden zu detektieren.For example, there is a temperature measurement, the results of which are available as data in the building automation. As a result, a local influence on individual areas of the building, for example a changed heating shaded areas or cooling in local sunlight is possible without over-cooling or heating the entire building with excessively high energy input. In addition, local temperature increase indicate an emerging fire, for example in hidden areas such as installation shafts. Not only a fire alarm is triggered, but also a localization of the source of the fire is made possible. Temperature differences to surrounding areas are also in the case of structural climatic damage, such as a moisture attack in the facade by penetrating condensing water vapor or moisture damage to detect.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1: schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements mit halbleitenden Verbindungsfäden; 1 FIG. 2: schematically, in a sectioned side view, the construction of an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention with semiconductive connecting threads; FIG.

2: schematisch in Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements mit halbleitenden Verbindungsfäden in modularem Aufbau und mit elektrischen Kontakten; 2 FIG. 2: schematically, in plan view, an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention with semiconducting connecting threads in a modular construction and with electrical contacts; FIG.

3: schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau einer Ausführungsform eines Deckfadens oder eines Verbindungsfadens, wie er in Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements zum Einsatz kommt; 3 FIG. 2 schematically shows, in a sectional side view, the structure of an embodiment of a cover thread or of a connecting thread, as used in embodiments of a textile thermoelectric component according to the invention; FIG.

4: schematisch in geschnittener Seitenansicht den Wandaufbau beim Einsatz einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements in einer Außenwandisolation; 4 FIG. 2 is a schematic sectional side view of the wall structure when using an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention in an outer wall insulation; FIG.

5: schematisch in geschnittener Seitenansicht den Wandaufbau beim Einsatz einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements im Innenraum; und 5 FIG. 2 schematically shows, in a sectional side view, the wall structure when an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention is used in the interior; FIG. and

6: schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements zum Einsatz in einer Rohrisolierung. 6 FIG. 2: schematically, in a sectional side view, the structure of an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention for use in a pipe insulation.

1 zeigt schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements 1 mit halbleitenden Verbindungsfäden 5, 6. Die ersten Deckfäden 3 liegen an der ersten Seite 7 des Bauelements 1, in der Figur an der Oberseite dargestellt, und die zweiten Deckfäden 4 an der zweiten Seite 8, der Unterseite des Trägermaterials 2. Dabei sind die Deckfäden 3, 4 in die Oberflächen des Trägermaterials 2 eingelassen. In alternativen Ausführungsformen wird davon abgewichen, indem beispielsweise die Deckfäden 3, 4 die Oberflächen überragen oder auch so weit in die Oberfläche eingelassen sind, dass sie nicht mehr unmittelbar von außen sichtbar sind. 1 schematically shows a sectional side view of the structure of an embodiment of a textile thermoelectric device according to the invention 1 with semiconducting connecting threads 5 . 6 , The first cover threads 3 lie on the first page 7 of the component 1 , shown in the figure at the top, and the second cover threads 4 on the second page 8th , the underside of the substrate 2 , Here are the cover threads 3 . 4 in the surfaces of the carrier material 2 admitted. In alternative embodiments, this is deviated from, for example by the cover threads 3 . 4 project beyond the surfaces or are so far embedded in the surface that they are no longer directly visible from the outside.

Die für den thermoelektrischen Effekt erforderliche Verbindung zwischen den ersten Deckfäden 3 und den zweiten Deckfäden 4 durch ein geeignetes Material, in der bevorzugten Ausführungsform Halbleitermaterial, wird durch die Verbindungsfäden 5, 6 realisiert. Alternativ zu einem Halbleitermaterial ist vorgesehen, ein Metall einzusetzen, wobei die thermoelektrische Konstante des Materials der oberen Deckfäden 3 in diesem Fall von dem der unteren Deckfäden 4 abweicht.The required for the thermoelectric effect connection between the first cover threads 3 and the second cover threads 4 a suitable material, in the preferred embodiment semiconductor material, is passed through the connecting threads 5 . 6 realized. As an alternative to a semiconductor material is intended to use a metal, wherein the thermoelectric constant of the material of the upper cover threads 3 in this case, that of the lower cover threads 4 differs.

In der dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt jedoch die Verbindung vom oberen, aus Kupfer bestehenden Deckfaden 3 zum unteren Deckfaden 4, der ebenfalls aus Kupfer besteht, durch einen ersten Verbindungsfaden 5, der aus einem n-dotierten Siliziumsmaterial besteht. Der Verbindungsfaden 5 ist mit dem oberen Deckfaden 3 in der ersten Verbindungsstelle A und mit dem unteren Deckfaden 4 im Punkt B verbunden. Die Verbindung vom unteren Deckfaden 4 (zweite Verbindungsstelle B) zum oberen Deckfaden 3' (dritte Verbindungsstelle C) erfolgt durch einen zweiten Verbindungsfaden 6, der aus einem p-dotierten Siliziumsmaterial besteht.In the illustrated, particularly preferred embodiment, however, the connection is made from the upper, copper-made cover thread 3 to the lower cover thread 4 , which is also made of copper, through a first connecting thread 5 which consists of an n-doped silicon material. The connecting thread 5 is with the upper cover thread 3 in the first joint A and with the lower cover thread 4 connected at point B. The connection from the lower cover thread 4 (second joint B) to the upper cover thread 3 ' (third joint C) is performed by a second connecting thread 6 which consists of a p-doped silicon material.

Wird das Bauelement 1 als Peltier-Element betrieben, ist eine Spannung zwischen den Kontaktstellen X und Y anzulegen. Dann fließt der Strom durch die Verbindungsstellen A, B, C und D mit der Folge, dass sich die Kontaktstellen der ersten Seite 7 (die Verbindungsstellen A, C) erwärmen und die Kontaktstellen der zweiten Seite 8 (die Verbindungsstellen B, C und die Kontaktstellen X, Y) abkühlen. Bei umgekehrter Polung der an den Kontaktstellen X, Y angelegten Spannung kehrt sich der Effekt entsprechend um und die erste Seite 7 kühlt sich ab, während die zweite Seite 8 sich erwärmt.Will the component 1 operated as a Peltier element, a voltage between the contact points X and Y is applied. Then the current flows through the connection points A, B, C and D with the result that the contact points of the first side 7 (The joints A, C) heat and the contact points of the second side 8th Cool (the joints B, C and the contact points X, Y). In reverse polarity of the voltage applied to the contact points X, Y voltage, the effect is reversed accordingly and the first page 7 cools down while the second side 8th warms up.

Wird das thermoelektrische Bauelement 1 hingegen als Seebeck-Element betrieben, hätte eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten Seite 7 und der zweiten Seite 8 zur Folge, dass an den Kontaktstellen X, Y eine Spannung abgreifbar wäre. Das Bauelements 1 dient in diesem Fall der Energieerzeugung.Will the thermoelectric device 1 however, operated as a Seebeck element, would have a temperature difference between the first page 7 and the second page 8th As a result, that a voltage could be tapped off at the contact points X, Y. The component 1 serves in this case, the energy production.

Bei der Fertigung eines solchen thermoelektrischen Bauelements 1 sind die Deckfäden 3, 4 auf den Seiten 7, 8 anzubringen. Alternativ erfolgt ein Anbringen der Deckfäden 3, 4 auch in der Oberfläche der Seiten 7, 8 oder im Bereich der Oberfläche. Hierzu gehört, wie in der 1 dargestellt, ein Verbindungsfaden 5 zwischen einem ersten Deckfaden 3 und einem zweiten Deckfaden 4 in das Trägermaterial 2 eingebracht. Dabei handelt es sich in der bevorzugten Art und Weise der Herstellung um einen kontinuierlichen, im textiltechnischen Sinne endlosen Verbindungsfaden 5, der fortlaufend zwischen den beiden Deckfäden 3, 4 eingebracht wird. Dieses erfolgt durch ein textiltechnisches Verfahren nach dem Stand der Technik, beispielsweise durch Nähen.In the manufacture of such a thermoelectric device 1 are the cover threads 3 . 4 on the pages 7 . 8th to install. Alternatively, attaching the cover threads takes place 3 . 4 also in the surface of the pages 7 . 8th or in the area of the surface. This includes, as in the 1 shown, a connecting thread 5 between a first cover thread 3 and a second cover thread 4 in the carrier material 2 brought in. In the preferred manner of production, this is a continuous connecting thread, which is endless in the textile-technical sense 5 that runs continuously between the two cover threads 3 . 4 is introduced. This is done by a textile technology method according to the prior art, for example by sewing.

Anstelle eines fortlaufenden Verbindungsfaden 5 ist auch vorgesehen, alternativ einzelne Fadenstücke einzubringen. Für diese ist es dann insbesondere vorteilhaft, an den Punkten A und B fixiert zu werden. Günstig ist dies aber auch bei Anwendung der vorgenannten Verfahrensweise mit einem durchgehenden Verbindungsfaden 5, da mit einer Fixierung stets eine Verbesserung der elektrischen Verbindung und zugleich eine mechanische Fixierung dieser Verbindung gesichert wird.Instead of a continuous connecting thread 5 is also provided, alternatively introduce individual pieces of thread. For these, it is then particularly advantageous to be fixed at points A and B. But this is also favorable when using the aforementioned procedure with a continuous connecting thread 5 because with a fixation always an improvement of the electrical connection and at the same time a mechanical fixation of this connection is secured.

Hierzu ist vorgesehen, dass der Verbindungsfaden 5 mit dem ersten Deckfaden 3 und dem zweiten Deckfaden 4 verschweißt wird, was durch Erwärmen von außen oder durch Erwärmen des Deckfadens 3, 4 erfolgt. Alternative Möglichkeiten der Befestigung sind vorgesehen, wie beispielsweise durch einen aktivierbaren, elektrisch leitenden Kleber. For this purpose, it is provided that the connecting thread 5 with the first cover thread 3 and the second cover thread 4 is welded, which by heating from the outside or by heating the cover thread 3 . 4 he follows. Alternative ways of attachment are provided, such as by an activatable, electrically conductive adhesive.

Für den zweiten Verbindungsfaden 6 gilt hinsichtlich der Einbringung- und Befestigungstechnologie das für den ersten Verbindungsfaden 5 ausgeführte. Als textiltechnisches Verfahren zum Einbringen der textilen thermoelektrischen Struktur in das Trägermaterial 2 ist insbesondere das Nähen vorgesehen, jedoch alternativ auch andere Technologien, die auf dem Abstandssticken, dem Abstandswirken oder dem Abstandsweben basieren und die eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen vermögen.For the second connecting thread 6 With regard to the insertion and fastening technology, this applies to the first connecting thread 5 executed. As a textile-technical process for introducing the textile thermoelectric structure into the carrier material 2 In particular, stitching is contemplated but, alternatively, other technologies based on pitch-stitching, pitch-effect, or pitch-weaving and capable of producing a three-dimensional structure are contemplated.

Die entsprechende textiltechnische Vorrichtung nach dem Stand der Technik, gegebenenfalls mit Modifikationen, wird mit der Materialbahn des Trägermaterial 2 bestückt und hierauf die Deckfäden 3, 4 sowie die Verbindungsfäden 5, 6 eingebracht und entsprechend miteinander verbunden.The corresponding textile technical device according to the prior art, optionally with modifications, is connected to the material web of the carrier material 2 fitted and then the cover threads 3 . 4 as well as the connecting threads 5 . 6 introduced and connected together accordingly.

2 zeigt schematisch in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements 1 mit halbleitenden Verbindungsfäden 5, 6 in modularem Aufbau und mit elektrischen Kontakten 9, 10. Sie verdeutlicht damit zunächst die in 1 und der zugehörigen Beschreibung dargelegte Struktur und den Aufbau des textilen thermoelektrischen Bauelements 1. Hierbei wird, insbesondere durch den vergrößerten Bereich, nochmals deutlich, dass es sich um jeweils, wie als alternative Ausführungsform beschrieben, einzelne Verbindungsfäden 5, 6 handelt. Diese umschlingen jeweils einzeln in einem begrenzten Bereich die Deckfäden 3, 4. 2 schematically shows a plan view of an embodiment of a textile thermoelectric device according to the invention 1 with semiconducting connecting threads 5 . 6 in modular design and with electrical contacts 9 . 10 , It first clarifies the in 1 and the accompanying description, and the structure of the textile thermoelectric device 1 , Here, in particular through the enlarged area, it is once again clear that these are individual connecting threads, in each case as described as an alternative embodiment 5 . 6 is. These wrap each individually in a limited area, the cover threads 3 . 4 ,

Zudem zeigt 2, dass in das Trägermaterial 2 eingebrachte textile thermoelektrische Strukturen diese in begrenzten Bereichen 23, 24 durchsetzen, während diese Bereiche von Grenzbereichen 21 und Trennbereichen 25, die von einer textilen thermoelektrischen Struktur freigehalten werden, begrenzt sind. Dadurch lassen sich lokal begrenzte thermoelektrische Elemente erzeugen, die wahlweise zusammengeschaltet oder einzeln betrieben werden können.In addition shows 2 that in the substrate 2 introduced textile thermoelectric structures these in limited areas 23 . 24 prevail while these areas of border areas 21 and separation areas 25 , which are kept free of a textile thermoelectric structure, are limited. As a result, locally limited thermoelectric elements can be generated, which can optionally be interconnected or operated individually.

Dargestellt in 2 ist eine Zusammenschaltung mehrerer solcher Teilbereiche, wobei vier Teilbereiche 23, 24 durch die Innenkontakte 9 verbunden sind, während über die Außenkontakte 10 die gesamte Reihenschaltung anschließbar ist. Somit kann im Falle des Betriebs als Seebeck-Element eine höhere Spannung abgegriffen werden. Wird das Bauelement 1 als Peltier-Element betrieben, kann die gesamte Oberfläche des Bauelements 1 gekühlt bzw. geheizt werden.Shown in 2 is an interconnection of several such sections, with four sections 23 . 24 through the inner contacts 9 are connected while over the external contacts 10 the entire series connection can be connected. Thus, in the case of operation as a Seebeck element, a higher voltage can be tapped. Will the component 1 Operated as a Peltier element, the entire surface of the device can 1 be cooled or heated.

Jedoch bietet die Separation zudem die Möglichkeit, die separaten Bereiche 23, 24 auch einzeln zu schalten. Dies ermöglicht zunächst einen sensorischen Effekt, da die Temperaturgradienten im Bauelement 1 sehr genau lokalisiert werden können. Hierdurch lässt sich beispielsweise unterscheiden, ob ein solcher Gradient beispielsweise von der Sonneneinstrahlung, wenn alle Teilelemente, die Teilbereiche 23, 24, den gleichen Gradienten aufweisen, oder beispielsweise von einem erhitzten Kabel, wenn nur einer der Teilbereiche 23, 24 den Gradienten aufweist, herrührt. Gleiches gilt, wenn beispielsweise auftretende Nasse, sei es durch eine undichte Leitung oder in Folge kondensierter Luftfeuchtigkeit, als Abkühlung wahrgenommen wird. Hierdurch sind besonders vorteilhafte Effekte, beispielsweise beim Einsatz in einem Gebäude, in Zusammenhang mit dem effizienten Gebäudemanagement und einer hohen Sicherheit gegen Havarien, Brände oder aufkommende Bauschäden zu verzeichnen.However, the separation also offers the possibility of the separate areas 23 . 24 also to switch individually. This initially allows a sensory effect, since the temperature gradients in the device 1 can be located very accurately. This makes it possible to distinguish, for example, whether such a gradient, for example, from the solar radiation, if all sub-elements, the sub-areas 23 . 24 , have the same gradient, or for example from a heated cable, if only one of the sections 23 . 24 having the gradient. The same applies if, for example occurring wet, it is perceived by a leaky pipe or as a result of condensed air humidity, as cooling. As a result, particularly advantageous effects, for example, when used in a building, in connection with the efficient building management and high security against accidents, fires or emerging structural damage can be noted.

3 zeigt schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau von Ausführungsformen eines Deckfadens 3, 4 bzw. eines Verbindungsfadens 5, 6, wie er in Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements bevorzugt zum Einsatz kommt. 3 schematically shows a sectional side view of the structure of embodiments of a cover thread 3 . 4 or a connecting thread 5 . 6 , as it is preferably used in embodiments of a textile thermoelectric component according to the invention.

Zur Aufnahme und Abgabe der Wärme bzw. Kälte sind die oberen und unteren Deckfäden 3, 4 mit entsprechend größerer Fläche zur Wärmeabgabe an die Umgebung ausgestaltet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Fadenkerne als Deckfäden 3, 4 jedoch nur mit einer Beschichtung 12 des Materials, das zum Auslösen des thermoelektrischen Effekts erforderlich ist, beschichtet. Im der vorliegenden beispielhaften Ausgestaltung ist das Kupfer. Der Fadenkern 11 der Deckfäden 3, 4 besteht in solchen Ausführungsformen hingegen aus einem Material, das andere Eigenschaften, beispielsweise ein geringes Gewicht, geringe Kosten oder eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Eine Beschichtung 12' kommt aber auch für die Verbindungsfäden 5, 6 infrage. Hierbei ist insbesondere eine Einsparung von hochwertigem Material, wie es dotiertes Silizium darstellt, als Vorteil zu nennen. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, dass hierbei für den Fadenkern 11 als Kernmaterial ein Werkstoff mit niedrigem Gewicht, hoher Festigkeit und vor allem geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise ein Kunststoff, ausgewählt werden kann, wodurch es zu einer im Vergleich zu Verbindungsfäden 5, 6 aus massivem, beispielsweise metallischem Leitermaterial sehr geringen Wärmeleitfähigkeit durch das Trägermaterial kommt. Zudem bleibt das niedrige Gewicht des isolierenden Trägermaterials im wesentlichen erhalten. Für den Fall, dass so wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Trägermaterial ein Isoliermaterial verwendet wird, wird dessen wärmeisolierende Eigenschaft durch die textile Struktur, bestehend aus Deckfäden 3, 4 und Verbindungsfäden 5, 6 nicht oder nur geringem Maße beeinträchtigt.For receiving and releasing the heat or cold, the upper and lower cover threads 3 . 4 designed with correspondingly larger area for heat dissipation to the environment. In a particularly preferred embodiment, the thread cores are as cover threads 3 . 4 but only with a coating 12 of the material required to induce the thermoelectric effect. In the present exemplary embodiment, the copper is. The thread core 11 the cover threads 3 . 4 On the other hand, in such embodiments, it is made of a material that has other properties, such as light weight, low cost, or high thermal conductivity. A coating 12 ' but also comes for the connecting threads 5 . 6 question. Here, in particular, a saving of high-quality material, as it is doped silicon, to name as an advantage. A particular advantage is that here for the thread core 11 as a core material, a material with low weight, high strength and especially low thermal conductivity, such as a plastic, can be selected, making it a compared to connecting threads 5 . 6 made of solid, for example, metallic conductor material very low thermal conductivity through the substrate. In addition, the low weight of the insulating support material is substantially retained. In the event that as in the preferred Embodiment as a carrier material, an insulating material is used, its heat-insulating property by the textile structure, consisting of cover yarns 3 . 4 and connecting threads 5 . 6 not or only slightly impaired.

Die Beschichtung 12 kann auch aus mehreren Schichten bestehen, ebenso wie der Fadenkern 11, der einen Schichtaufbau, der beispielsweise hohe Festigkeit mit einem ausreichend großen Durchmesser für einen entsprechend großen Umfang kombiniert, aufweisen.The coating 12 can also consist of several layers, as well as the thread core 11 having a layer structure combining, for example, high strength with a sufficiently large diameter for a correspondingly large circumference.

Es ist eine alternative Ausführungsform eines Deckfadens 3, 4 oder eines Verbindungsfadens 5, 6 als Hohlfaden vorgesehen, wie er in Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements zum Einsatz kommt. Dabei ist die elektrisch wirksame Beschichtung 12, 12' im Inneren des Fadens angeordnet.It is an alternative embodiment of a cover thread 3 . 4 or a connecting thread 5 . 6 provided as a hollow thread, as used in embodiments of a textile thermoelectric component according to the invention. Here is the electrically effective coating 12 . 12 ' arranged inside the thread.

Dadurch ist die Beschichtung vor Umwelteinflüssen, insbesondere mechanischer Beschädigung, geschützt und zudem sind die Fäden 3, 4, 5, 6 nach außen hin elektrisch isoliert. Für eine Kontaktierung ist vorgesehen, dass der außen liegende Fadenkern 11 aufgebrochen wird, beispielsweise mechanisch oder durch Aufschmelzen, um die Beschichtung 12, 12' in eine elektrisch leitende Verbindung bringen zu können.As a result, the coating is protected against environmental influences, in particular mechanical damage, and also are the threads 3 . 4 . 5 . 6 electrically insulated from the outside. For a contact is provided that the outer thread core 11 is broken, for example, mechanically or by melting, to the coating 12 . 12 ' to bring in an electrically conductive connection.

Der Hohlraum ist so bemessen, dass der Deckfaden 3, 4 oder der Verbindungsfaden 5, 6 einen solchen Durchmesser erhält, dass er seine mechanische oder thermische Funktion erfüllen kann. So verleiht ein größerer Durchmesser eine höhere Steifigkeit und zudem eine größere Oberfläche, die mit einem verbesserten Wärmeübergang verbunden ist, was vor allem für die Deckfäden 3, 4 von Bedeutung ist. Das ist durch den Einsatz von Hohlfäden mit minimalem Materialeinsatz für das elektrisch wirksame Material und das Fadenmaterial möglich.The cavity is sized so that the cover thread 3 . 4 or the connecting thread 5 . 6 receives such a diameter that it can fulfill its mechanical or thermal function. Thus, a larger diameter gives a higher rigidity and also a larger surface, which is associated with an improved heat transfer, especially for the cover threads 3 . 4 is important. This is possible through the use of hollow fibers with minimal use of material for the electrically active material and the thread material.

Zur Beschichtung sind aufgedampfte Metallschichten, aber auch andere Beschichtungen, wie beispielsweise Nanopartikel vorgesehen. Die Beschichtung durch niederdimensionale Materialien wie Nanopartikel (0D), Nanostäben (1D) oder Multischichtstrukturen (2D) führt zur einer Vervielfachung der Effizienz der Nanotechnik.For coating vapor-deposited metal layers, but also other coatings, such as nanoparticles are provided. Coating with low-dimensional materials such as nanoparticles (0D), nanorods (1D) or multilayer structures (2D) leads to a multiplication of the efficiency of nanotechnology.

4 zeigt schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau einer Wand 13 beim Einsatz einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements 1 in einer Außenwandisolation 14. An der Mauerseite ist ein Innenraum 15 vorgesehen, an der Isolierungsseite ein Außenbereich 16. 4 schematically shows a sectional side view of the structure of a wall 13 when using an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention 1 in an outer wall insulation 14 , On the wall side is an interior 15 provided, on the insulation side an outdoor area 16 ,

Wird im Sommerbetrieb das thermoelektrische Bauelement 1 als Seebeck-Element eingesetzt, ergibt sich ein Temperaturgradient in der Weise, dass an der ersten Seite 7 durch Sonneneinstrahlung und hohe Lufttemperatur eine höhere Temperatur im Vergleich zur der der Wand zugewandten Seite 8 auftritt. Entsprechend ist durch den Seebeckeffekt, der in dem textilen thermoelektrischen Bauelement 1 hervorgerufen wird, an den Außenkontakte 10 eine Spannung abgreifbar.Is in summer operation, the thermoelectric device 1 used as a Seebeck element, a temperature gradient results in such a way that on the first side 7 due to solar radiation and high air temperature a higher temperature compared to the side facing the wall 8th occurs. Accordingly, by the Seebeckeffekt that in the textile thermoelectric device 1 is caused to the external contacts 10 a tension can be tapped.

Im Winterbetrieb ist ebenfalls ein Temperaturgradient erreichbar, jedoch herrschen dann im Außenbereich 16 niedrige Temperaturen, so dass die erste Seite 7 kalt ist, während die Wand 13 durch den warmen Innenraum 15 durchwärmt ist und auch die zweite Seite 8 erwärmt. In diesem Fall ist ebenfalls eine Spannung an den Außenkontakten 10 abgreifbar.In winter operation is also a temperature gradient achievable, but then prevail outdoors 16 low temperatures, so the first page 7 is cold while the wall 13 through the warm interior 15 is warmed up and also the second page 8th heated. In this case, there is also a voltage on the external contacts 10 tapped.

Um einzelne Bereiche des thermoelektrischen Bauelements 1 überwachen zu können, sind Signalkontakte 20 vorgesehen, die auch einen einzelnen, von den anderen Bereichen durch einen Trennbereich getrennten Abschnitt eines thermoelektrischen Elements überwachen. Beim Betrieb als Seebeck-Element resultiert hieraus eine Sensorfunktion, wenn abweichende Temperaturgradienten signalisiert werden und diese auf Schäden oder Havarien, wie oben ausgeführt, hinweisen können. Die elektrischen Signale werden in einer Signalverarbeitungseinheit 22 in geeigneter Weise verarbeitet, beispielsweise werden sie gespeichert oder sie dienen unmittelbar zur Erzeugung von Warnsignalen.To individual areas of the thermoelectric device 1 to be able to monitor are signal contacts 20 are provided, which also monitor a single, separated from the other areas by a separation region portion of a thermoelectric element. When operating as a Seebeck element, this results in a sensor function if deviating temperature gradients are signaled and these can indicate damage or damage, as explained above. The electrical signals are in a signal processing unit 22 suitably processed, for example, they are stored or they are used directly to generate warning signals.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Trägermaterial 2 für das Bauelement 1 ein Isoliermaterial 14, wie es üblicherweise an Fassaden wie der Mauer 13 angebracht wird, eingesetzt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist hier Mineralwolle vorgesehen. Es werden aber auch andere Isoliermaterialien eingesetzt, beispielsweise Glaswolle, Holzfasern oder geschäumte Kunststoffe.It is particularly advantageous if as carrier material 2 for the component 1 an insulating material 14 as it is usually on facades like the wall 13 is attached is used. In the preferred embodiment mineral wool is provided here. However, other insulating materials are also used, for example glass wool, wood fibers or foamed plastics.

5 zeigt schematisch in geschnittener Seitenansicht den Einsatz einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements 1 im Innenraum 15. Die dargestellte Wand 13 weist als Teil einer Fassade eine Isolation 14 und ein Fenster 17 auf. 5 shows schematically in a sectional side view the use of an embodiment of a textile thermoelectric component according to the invention 1 in the interior 15 , The wall shown 13 has insulation as part of a facade 14 and a window 17 on.

In der dargestellten Ausführungsform ist das textile thermoelektrische Bauelement 1 als Vorhang 18 ausgeführt. Dieser hängt im Innenraum 15, hier vor dem Fenster 17. Ist der Vorhang geschlossen, kann er beim Betrieb als Seebeck-Element die Temperaturdifferenz zwischen der aus dem Außenbereich 16 her einstrahlenden Sonne, die den Vorhang einseitig erwärmt, während er auf der anderen Seite die niedrige Raumtemperatur aufweist, nutzen. Diese Temperaturdifferenz erzeugt eine Spannung, die an den Außenkontakten 10 anliegt. Entsprechendes gilt im Winter, wenn der Fenster- und Wandbereich gegebenenfalls (trotz der Isolation 14) kühler ist, während im Innenraum 15 höhere Temperaturen herrschen. Wegen der begrenzten Größe eines solchen Vorhangs und der ebenfalls eher geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite des Vorhangs 18 ist eine Nutzung der erzeugten Spannung, die an den Außenkontakten 10 abgreifbar ist, eher für Steuer- und Kontrolleinrichtungen geeignet.In the illustrated embodiment, the textile thermoelectric device 1 as a curtain 18 executed. This hangs in the interior 15 , here in front of the window 17 , When the curtain is closed, when operating as a Seebeck element it can measure the temperature difference between the outdoor area 16 sun that heats the curtain unilaterally while it has the low room temperature on the other side. This temperature difference generates a voltage that is on the external contacts 10 is applied. The same applies in winter, if the window and wall area optionally (despite the isolation 14 ) is cooler while in the interior 15 higher temperatures prevail. Because of the limited size of such a curtain and the also rather lower temperature difference between the inside and outside of the curtain 18 is a use of the voltage generated at the external contacts 10 is more suitable for control and monitoring devices.

Wahlweise ist der Vorhang 18 auch als Peltier-Element zu betreiben. Dabei erfolgt mit der Spannungsversorgung über die Außenkontakte 10 die Polung in der Weise, dass im Sommer die Seite des Vorhangs 18, die zum Innenraum 15 hinweist, kühlt wird, während die Wärmeabgabe in Richtung Fenster 17 und Wand 13 erfolgt. Dadurch ergibt sich eine „Kältestrahlung” im Innenraum 15, dessen Luft deshalb nicht so weit durch eine Klimaanlage herunter gekühlt werden muss und womit sich ein dennoch insgesamt angenehmes Raumklima ergibt. Dadurch können entsprechende Energieeinsparungen durch eine verminderte Luftkühlung erreicht werden.Optionally, the curtain is 18 to operate as a Peltier element. It is done with the power supply via the external contacts 10 the polarity in the way that in summer the side of the curtain 18 leading to the interior 15 indicates, is cooling, while the heat dissipation towards the window 17 and wall 13 he follows. This results in a "cold radiation" in the interior 15 whose air therefore does not have to be cooled down so far by an air conditioner, which results in a generally pleasant indoor climate. As a result, corresponding energy savings can be achieved by a reduced air cooling.

Entsprechendes gilt für die Nutzung des als Vorhang 18 ausgeführten textilen thermoelektrischen Bauelements 1 im Winter. Dann wird bei entsprechend geänderter Polarität der Stromversorgung an den Außenkontakten 10 erreicht, dass der Vorhang 18 zum Innenraum 15 hin Wärme abstrahlt. Auch dadurch ergibt sich ein geringerer Heizwärmebedarf, da die Lufttemperatur geringer sein kann und wegen der vom Vorhang 18 ausgehenden Wärmestrahlung bei den Nutzern des Innenraums 15 dennoch ein behagliches Gefühl einer angenehmen Raumwärme entsteht.The same applies to the use of the curtain 18 executed textile thermoelectric device 1 in the winter. Then, with correspondingly changed polarity of the power supply to the external contacts 10 reached that curtain 18 to the interior 15 heat radiates out. This also results in a lower heating demand, since the air temperature can be lower and because of the curtain 18 outgoing heat radiation in the users of the interior 15 Nevertheless, a cozy feeling of a pleasant room heat arises.

Anstelle des Vorhangs 18 sind auch andere Elemente der Inneneinrichtung, mit denen ein Innenraum 15 ausgestattet sein kann, vorgesehen. Dies betrifft beispielsweise eine Dämmtapete oder ein mit textilen thermoelektrischen Bauelementen 1 ausgestatteter Innenausbau aus Holz.Instead of the curtain 18 are also other elements of the interior, with which an interior 15 can be equipped provided. This applies, for example, to an insulating wallpaper or textile thermoelectric components 1 equipped interior of wood.

6 zeigt schematisch in geschnittener Seitenansicht den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen textilen thermoelektrischen Bauelements 1 zum Einsatz an einem Rohr 19 in der Isolierung 14. Auch bei Rohrleitungen sind häufig Temperaturgradienten zwischen dem im Rohr strömenden Medium und dem Umgebungsbereich zu verzeichnen. Bevorzugt erfolgt der Einsatz eines Bauelements 1 an einer Rohrleitung 19, die als Heizungsrohr genutzt ist. Dann ist im Inneren eine hohe Temperatur, die im Bauelement 1 einen Temperaturgradienten gegenüber dem kühleren Umgebungsbereich hervorruft. 6 schematically shows a sectional side view of the structure of an embodiment of a textile thermoelectric device according to the invention 1 for use on a pipe 19 in the insulation 14 , Even with pipelines, temperature gradients between the medium flowing in the pipe and the surrounding area are frequently recorded. The use of a component preferably takes place 1 on a pipeline 19 , which is used as a heating pipe. Then inside is a high temperature, which is in the device 1 causes a temperature gradient relative to the cooler surrounding area.

Die thermische Isolation 14, die für eine solche Rohrleitung 19 zur Vermeidung von Wärmeverlusten ohnehin erforderlich ist, fungiert dann als Trägermaterial und nimmt die textilen Struktur des textilen thermoelektrischen Bauelements 1 auf.The thermal insulation 14 for such a pipeline 19 is anyway necessary to avoid heat losses, then acts as a carrier material and takes the textile structure of the textile thermoelectric device 1 on.

Entsprechendes gilt selbst verständlich für ein kaltes im Rohr fließendes Medium gegenüber einem vergleichsweise warmen Umgebungsbereich. Bei entsprechend langen Rohrleitungen ist auch eine hohe Spannung zu verzeichnen. Im Wesentlichen dient eine solche Nutzung des Seebeckeffekt jedoch der Versorgung von Kontroll- und Steuereinrichtungen, die im Zusammenhang mit der Rohrleitung stehen und dann entsprechend keine zusätzliche Spannungsversorgung, beispielsweise durch eine Zuleitung oder eine Batterie, benötigen.The same applies, of course, for a cold medium flowing in the pipe in relation to a comparatively warm surrounding area. With correspondingly long pipelines, a high voltage is also recorded. In essence, however, such use of the Seebeckeffekt serves to supply control and control devices that are related to the pipeline and then correspondingly no additional power supply, for example by a supply line or a battery need.

Auch in diesem Falle ist vorgesehen, den reziproken Peltiereffekts zu nutzen. Dieser kann beispielsweise helfen, eine eingefrorene Rohrleitung, gegebenenfalls lokal zu erwärmen. Die Polung des als Seebeck-Element fungierenden Bauelements 1 ist dann in der Weise, dass die zur Rohrleitung 19 hin weisende Seite erwärmt wird, während die Kälte auf der gegenüberliegenden Seite an die Umgebung abgegeben wird.Also in this case it is intended to use the reciprocal Peltier effect. This can help, for example, to heat a frozen pipeline, if necessary, locally. The polarity of acting as Seebeck element device 1 is then in the way that to the pipeline 19 warmed side, while the cold is discharged on the opposite side to the environment.

Der Einsatz an Rohrleitungen ist nicht auf Heizungsrohre beschränkt, sondern umfasst auch weitere im wesentlichen rohrförmige Elemente wie Auspuffanlagen oder Schornsteine, wo durch hohe Abgastemperaturen eine besonders hohe Temperaturdifferenz erreichbar ist. Schornsteine weisen zudem eine große wirksame und nutzbare Oberfläche auf.The use of piping is not limited to heating pipes, but also includes other substantially tubular elements such as exhaust systems or chimneys, where a high temperature difference can be achieved by high exhaust gas temperatures. Chimneys also have a large effective and usable surface.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Bauelementmodule

22

Trägermaterialsupport material

33

erster Deckfadenfirst cover thread

44

zweiter Deckfadensecond cover thread

55

erster Verbindungsfadenfirst connecting thread

66

zweiter Verbindungsfadensecond connecting thread

77

erste Seitefirst page

88th

zweite Seitesecond page

99

Innenkontaktinternal contact

1010

Außenkontaktoutside Contact

1111

Fadenkernthread core

12, 12'12, 12 '

Beschichtungcoating

1313

Wandwall

1414

Isolationisolation

1515

Innenrauminner space

1616

Außenbereichoutdoors

1717

Fensterwindow

1818

Vorhangcurtain

1919

Rohrleitungpipeline

2020

Signalkontaktesignal contacts

2121

Grenzbereicheborder areas

22 22

SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit

23, 2423, 24

Bereicheareas

2525

Trennbereicheseparating regions

AA

erste Verbindungsstellefirst connection point

BB

zweite Verbindungsstellesecond connection point

CC

dritte Verbindungsstellethird connection point

DD

vierte Verbindungsstellefourth connection point

XX

Kontaktstellecontact point

YY

Kontaktstellecontact point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• EP 2239787 A1 [0004] EP 2239787 A1 [0004]
• DE 19946806 A1 [0005] DE 19946806 A1 [0005]
• DE 102009022745 A1 [0006] DE 102009022745 A1 [0006]
• US 20080029146 A1 [0007] US 20080029146 A1 [0007]

Claims (15)

Textiles thermoelektrisches Bauelement, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermaterial (2) in der Weise von Deckfäden (3, 4) bedeckt und von Verbindungsfäden (5, 6) mit jeweils unterschiedlichen thermoelektrischen Materialeigenschaften durchsetzt ist, dass die Deckfäden (3, 4) und die Verbindungsfäden (5, 6) miteinander ein thermoelektrisches Element bilden, wobei eine erste Flachseite des Trägermaterials (2) mit den ersten Deckfäden (3) eine erste Seite (7) und eine zweite Flachseite des Trägermaterials (2) mit den zweiten Deckfäden (4) eine zweite Seite (8) des thermoelektrischen Elements bilden, und wobei die ersten und die zweiten Deckfäden (3, 4) durch die Verbindungsfäden (5, 6) miteinander verbunden und die Verbindungsstellen (A, B, C, D) zwischen Deck- und Verbindungsfäden elektrisch leitend sind.Textile thermoelectric component, characterized in that a carrier material ( 2 ) in the manner of cover threads ( 3 . 4 ) and connecting threads ( 5 . 6 ) is interspersed with different thermoelectric material properties that the cover threads ( 3 . 4 ) and the connecting threads ( 5 . 6 ) form a thermoelectric element with each other, wherein a first flat side of the carrier material ( 2 ) with the first cover threads ( 3 ) a first page ( 7 ) and a second flat side of the carrier material ( 2 ) with the second cover threads ( 4 ) a second page ( 8th ) of the thermoelectric element, and wherein the first and the second cover threads ( 3 . 4 ) through the connecting threads ( 5 . 6 ) and the connection points (A, B, C, D) between the cover and connecting threads are electrically conductive. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfäden (3, 4) und die Verbindungsfäden (5, 6) elektrisch leitend sind.Component according to claim 1, characterized in that the cover threads ( 3 . 4 ) and the connecting threads ( 5 . 6 ) are electrically conductive. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfäden (3, 4) elektrisch leitendend und die Verbindungsfäden (5, 6) elektrisch halbleitend sind und erste elektrisch halbleitende Verbindungsfäden (5) eine n-Dotierung und zweite elektrisch halbleitende Verbindungsfäden (6) eine p-Dotierung aufweisen.Component according to claim 1, characterized in that the cover threads ( 3 . 4 ) electrically conductive and the connecting threads ( 5 . 6 ) are electrically semiconductive and first electrically semiconductive connecting threads ( 5 ) an n-doping and second electrically semiconductive connecting threads ( 6 ) have a p-type doping. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial (2) ein elektrisch isolierendes, flächiges, flexibles, bahnförmiges Fasermaterial vorgesehen ist.Component according to one of the preceding claims, characterized in that as support material ( 2 ) an electrically insulating, flat, flexible, web-shaped fiber material is provided. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfäden (3, 4) und/oder die Verbindungsfäden (5, 6) wenigstens teilweise eine elektrisch leitende Beschichtung (12) eines Fadenkerns (11) und die elektrisch halbleitenden Verbindungsfäden (5, 6) wenigstens teilweise eine elektrisch halbleitende Beschichtung (12') eines Fadenkerns (11) aufweisen oder als Hohlfäden mit Innenbeschichtung ausgeführt sind.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the cover threads ( 3 . 4 ) and / or the connecting threads ( 5 . 6 ) at least partially an electrically conductive coating ( 12 ) of a thread core ( 11 ) and the electrically semiconducting connecting threads ( 5 . 6 ) at least partially an electrically semiconductive coating ( 12 ' ) of a thread core ( 11 ) or are designed as hollow threads with inner coating. Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenkern (11) hohl ist und die Innenmantelfläche des Hohlraums (26) eine Beschichtung (12, 12') aufweist.Component according to Claim 5, characterized in that the thread core ( 11 ) is hollow and the inner circumferential surface of the cavity ( 26 ) a coating ( 12 . 12 ' ) having. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Bereichen (23, 24) der textilen Struktur elektrisch leitender und/oder elektrisch halbleitender Fäden (3, 4, 5, 6) auf dem Trägermaterial (2) ein Trennbereich (25) vorgesehen ist, so dass die beiden Bereiche (23, 24) der textilen Struktur voneinander galvanisch getrennt sind und dass die Bereiche (23, 24) der textilen Struktur elektrisch leitender und/oder elektrisch halbleitender Fäden (3, 4, 5, 6) elektrische Anschlüsse (9, 10) aufweisen und damit untereinander und/oder mit einem externen Stromkreis elektrisch verbindbar sind.Component according to one of the preceding claims, characterized in that between each two areas ( 23 . 24 ) of the textile structure of electrically conductive and / or electrically semiconductive filaments ( 3 . 4 . 5 . 6 ) on the carrier material ( 2 ) a separation area ( 25 ), so that the two areas ( 23 . 24 ) of the textile structure are galvanically separated from one another and that the regions ( 23 . 24 ) of the textile structure of electrically conductive and / or electrically semiconductive filaments ( 3 . 4 . 5 . 6 ) electrical connections ( 9 . 10 ) and thus are electrically connectable with each other and / or with an external circuit. Verfahren zur Herstellung eines textilen thermoelektrischen Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte – Einlegen eines thermisch isolierenden flächigen Trägermaterials (2) in eine textiltechnische Vorrichtung, – Aufbringen der Deckfäden (3, 4) auf die erste und die zweite Seite (7, 8) des Trägermaterials (2), und – Einbringen der Verbindungsfäden (5, 6) in der Weise, dass eine elektrisch leitende Verbindung (A, B, C, D) zwischen den Deckfäden (3, 4) und den Verbindungsfäden (5, 6) entsteht.Method for producing a textile thermoelectric component according to one of the preceding claims, characterized by the method steps - inserting a thermally insulating flat carrier material ( 2 ) in a textile-technical device, - applying the cover threads ( 3 . 4 ) to the first and second pages ( 7 . 8th ) of the carrier material ( 2 ), and - introducing the connecting threads ( 5 . 6 ) in such a way that an electrically conductive connection (A, B, C, D) between the cover threads ( 3 . 4 ) and the connecting threads ( 5 . 6 ) arises. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung (A, B, C, D) zwischen den Deckfäden (3, 4) und den Verbindungsfäden (5, 6) mechanisch stabilisiert wird.A method according to claim 8, characterized in that the electrically conductive connection (A, B, C, D) between the cover threads ( 3 . 4 ) and the connecting threads ( 5 . 6 ) is mechanically stabilized. Verwendung eines textilen thermoelektrischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Seite (7, 8) des textilen thermoelektrischen Bauelements (1) eine Spannung zwischen zwei Innen- oder Außenkontakten (9, 10) abgegriffen wird.Use of a textile thermoelectric device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at a temperature difference between the first and the second side ( 7 . 8th ) of the textile thermoelectric component ( 1 ) a voltage between two internal or external contacts ( 9 . 10 ) is tapped. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial (2) ein Isoliermaterial für Fassade, Dach, Wände (13), Decken oder Böden eines Gebäudes vorgesehen ist, das textile thermoelektrisch Bauelement (1) in das Gebäude eingesetzt wird und neben seiner Isolationsfunktion eine Spannung erzeugt.Use according to claim 10, characterized in that as support material ( 2 ) an insulation material for facade, roof, walls ( 13 ), Ceilings or floors of a building is provided, the textile thermoelectric component ( 1 ) is inserted into the building and generates a voltage in addition to its isolation function. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial (2) eine Isolierung (14) für Rohrleitungen vorgesehen ist, das textile thermoelektrisch Bauelement (1) an der Rohrleitung (19) eingesetzt wird und neben seiner Isolationsfunktion eine Spannung erzeugt.Use according to claim 10, characterized in that as support material ( 2 ) an insulation ( 14 ) is intended for pipelines, the textile thermoelectric component ( 1 ) on the pipeline ( 19 ) is used and generates a voltage in addition to its isolation function. Verwendung eines textilen thermoelektrischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das textile thermoelektrische Bauelement (1) wahlweise als Seebeck-Element zur Spannungserzeugung und als Peltier-Element zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz eingesetzt wird, wobei die Seiten der niedrigen und der hohen Temperatur bedarfsweise gewechselt werden.Use of a textile thermoelectric component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the textile thermoelectric component ( 1 ) is optionally used as a Seebeck element for voltage generation and as a Peltier element for generating a temperature difference, wherein the sides of the low and the high temperature are changed as needed. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das textile thermoelektrische Bauelement (1) als Ausstattungselement für Innenräume (15) eingesetzt wird und zur Raumklimatisierung beiträgt. Use according to claim 13, characterized in that the textile thermoelectric component ( 1 ) as a furnishing element for interiors ( 15 ) is used and contributes to the room air conditioning. Verwendung eines textilen thermoelektrischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die von den einzelnen Bereichen (23, 24) des thermoelektrischen Bauelements (1) elektrischen Spannungen getrennt erfasst und einer Signalverarbeitungseinheit (22) zugeführt werden.Use of a textile thermoelectric device according to one of claims 1 to 7, characterized in that that of the individual areas ( 23 . 24 ) of the thermoelectric device ( 1 ) electrical voltages detected separately and a signal processing unit ( 22 ).

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