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Bibliographic Metadata

Title
Thermoelectric Generators: manufacturing process, material characterization and industry application
AuthorSchönhoff, Marcel
ParticipantsHilleringmann, Ulrich ; Schmid, Hans-Joachim
PublishedPaderborn, 2018
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (X, 203 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2018
Annotation
Tag der Verteidigung: 09.01.2018
Defended on2018-01-09
LanguageGerman ; English
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-30166 
DOI10.17619/UNIPB/1-266 
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Thermoelektrische Generatoren: Herstellungsprozess, Materialcharakterisierung und Industrieapplikation [45.66 mb]
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Abstract (German)

In dieser Arbeit werden bislang vernachlässigte Hindernisse aus den Bereichen der Herstellung und Charakterisierung von thermoelektrischen (TE)-Materialien sowie der Industrieapplikation von TEGs ausgearbeitet und Lösungen vorgestellt.Im Bereich der Materialherstellung wird ein massenproduktionstauglicher Sinterprozess für TE-Materialien entwickelt. Dazu wird das Basispulver in einer Mühle vorbehandelt, kaltverpresst und an-schließend, im Gegensatz zur aktuellen Thermoelektrik-Forschung, drucklos gesintert. Durch den Einsatz eines speziellen Prozessgases und eines neu entwickelten Aufbaus können Eisendisilizid, Siliziumgermanium und Magnesiumsilizid erfolgreich hergestellt werden. Durch Anpassung der Sin-tertemperatur und der Sinteratmosphäre, werden dabei sehr hohe relative Dichten von 95-97 % er-reicht.Um die auf dieser Basis hergestellten TEGs auf ihre Funktionstüchtigkeit zu testen, wird ein Mess-stand zur Leistungsanalyse entwickelt, der Ausgangsströme und -spannungen in Abhängigkeit von der Temperatur und des Lastwiderstands bestimmt. Darüber hinaus wird ein Konzept zur vollständigen TE-Materialcharakterisierung entwickelt, um die notwendigen Parameter simultan in einem Messdurchgang zu bestimmen, was mithilfe kommerzieller Systeme bislang nicht möglich ist. Zur Demonstration des Potenzials von thermoelektrischen Generatoren wird ein modular aufgebauter Prototyp entwickelt, in den kommerzielle TEGs integriert werden und der die flexible Applikation in bestehende Industrieprozesse ermöglicht. Die Prototypen ermöglichen es, Abwärme aus Strahlung, Abgasen und von heißen Oberflächen in elektrische Energie umzuwandeln und werden in verschie-denen Labortests und bei der Benteler AG in einer Industrieapplikation erfolgreich eingesetzt.

Abstract (English)

In this thesis often uncared obstacles in the field of manufacturing and characterization of thermoelectric (TE)-materials as well as the industry application of TEGs are mentioned and solutions are presented.For the material manufacturing a mass producible sintering process for TE-materials is developed. Thereby, the basic powder is pretreated in a milling machine, cold pressed and in contrast to current thermoelectric research programs sintered pressurelessly. By the use of a specific process gas and a new developed stacked set-up irondisilicide, silicongermanium and magnesiumsilicide can be manufactured successfully. By adapting the sintering temperature and the sintering atmosphere very high relative densities of 95-97 % can be achieved.For testing the TEGs, which are based on these materials, a measurement set-up is developed that determines output current and output voltage dependent on temperature and load resistance. Furthermore, a concept for a complete thermoelectric characterization is devised to ascertain the necessary parameters in a single measurement which is not possible with commercial systems so far. To demonstrate the potential of thermoelectric generators a module-based prototype is developed to integrate commercial TEGs and apply the entire system in industrial processes. The prototypes allow to convert electrical energy from radiation, waste gas and hot surfaces and they are used successfully in different laboratory experiments and in an industrial process at Benteler AG.

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CC-BY-License (4.0)Creative Commons Attribution 4.0 International License