DE1191395B

DE1191395B - Elektrothermische Vorrichtung zur Erzielung von Kuehl- oder Waermewirkungen und thermo-elektrische Vorrichtung zur Stromerzeugung

Info

Publication number: DE1191395B
Application number: DES69740A
Authority: DE
Inventors: Fritz Mueller
Original assignee: Siemens Elektrogaerate GmbH
Current assignee: SEG Hausgeraete GmbH
Priority date: 1960-05-17
Filing date: 1960-08-03
Publication date: 1965-04-22
Also published as: GB982007A; CH402905A; GB980458A; NL260487A; DE1165051B

Description

Elektrothermische Vorrichtung zur Erzielung von Kühl oder Wärmewirkungen und thermoelektrische Vorrichtung zur Stromerzeugung Zusatz zum Patent: 1165 051 Die Erfindung betrifft eine elektrothermische Vorrichtung zur Erzielung von Kühl- oder Wärmewirkungen und eine thermoelektrische Vorrichtung zur Stromerzeugung, bei denen zur Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr bei den zu einem Block zusammengefaßten Peltierelementen mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitende Wärmeübertragungssysteme dienen und bei denen die die einzelnen Elemente miteinander stromleitend verbindenden Kupferbrücken auf ihrer von den Elementen abgewendeten Seite eine Wärmeaustauschfläche aufweisen, die direkt von dem flüssigen bzw. dampfförmigen Hilfsmedium bespült wird, und bei der gemäß dem Hauptpatent 1165 051 der Verdampfer bzw. der Kondensator des Wärmeübertragungssystems in einer unteren bzw. in einer oberen als Flanschteil ausgebildeten Wand Durchbrechungen mit einer Oberfläche aus elektrisch isolierendem Glas aufweist.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, elektrothermische bzw. thermoelektrische Vorrichtungen der eingangs genannten Art weiter zu vereinfachen.
Zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung die Kupferbrücken selbst in die Durchbrechungen der als Flanschteile ausgebildeten Wände dicht eingefügt, und die gesamte, als Flanschteil ausgebildete Wand ist aus elektrisch isolierendem Glas ausgeführt und ihrerseits in eine Öffnung des Verdampfermantels bzw. des Kondensatormantels dicht eingesetzt, z. B. eingeschmolzen.
Durch die Verwendung einer derartigen gemeinsamen Glaseinschmelzung kommt man zu einer besonders gedrungenen Bauweise des mit dem Peltierblock zusammengefügten Wärmeaustauschers auf der die Wärme abgebenden und/oder die Wärme aufnehmenden Seite.
Man kann die Vorrichtung so ausbilden, daß die Kupferbrücken auf der dem Innenraum des Wärmeaustauschers zugewendeten Seite in bekannter Weise in einer Ebene liegende Wärmeaustauscherflächen aufweisen. In vielen Fällen wird eine derartige ebene Fläche vollkommen ausreichen, um den gewünschten intensiven Wärmeaustausch der den Strom leitenden Brücken mit dem Hilfsmedium des angeschlossenen Wärmeübertragungssystems herbeizuführen.
Wenn man Wert darauf legt, die Wärmeaustauschflächen noch zu vergrößern, kann dies in bekannter Weise dadurch geschehen, daß die Kupferbrücken auf der dem Innenraum der Wärmeaustauscher zugewendeten Seite Rillen, Vertiefungen od. dgl. oder auch Rippen zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen erhalten.
Man kann ferner die Vorrichtung so ausbilden, daß beide als Flanschteile ausgebildeten Wände mittels den Verdampfermantel und den Kondensatormantel umfassender Glaseinschmelzungen und mittels von diese Glaseinschmelzungen umfassenden äußeren Mantelringen und eines gemeinsamen Verbindungsringes zu einem an sich bekannten evakuierten Behälter zusammengefügt sind, in dem die Elemente liegen. Auf diese Weise kann man den Peltierelementenblock selbst im Vakuum anordnen, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß schädliche Wärmeurnströmungen an den Peltierelementen durch Luftzirkulation bzw. in der Isolation vermieden werden.
Diese Anordnung eines evakuierten Peltierblocks ist auch dann mit Vorteil verwendbar, wenn auf der die Wärme abführenden und auf der die Wärme zuführenden Seite nicht mit einem verdampfenden und kondensierenden Hilfsmedium, sondern mit anderen bekannten Wärmeaustauschern gearbeitet wird.
In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Peltierbaueinheit gemäß der Erfindung, bei der sowohl auf der die Wärme aufnehmenden als auch auf der die Wärme abgebenden Seite mit Verdampfung und Kondensation arbeitende Wärmeübertragungssysteme zur Anwendung kommen. Die einzelnen Peltierelemente 1 sind als zylindrische Körper ausgeführt. Diese Peltierelemente 1 sind mit Hilfe von elektrischen, den Strom leitenden, beispielsweise aus Kupfer bestehenden Brücken 2 und 3 zu dem eigentlichen Peltierblock zusammengefaßt. Mit 4 und 5 sind Stromanschlüsse bezeichnet. Auf der oberen die Wärme abführenden Seite sind die den Strom leitenden Brücken 2 in eine gemeinsame Glaseinschmelzung 6 eingeschmolzen, die die Brücken 2 in ihrem Randbereich umfaßt und ihrerseits in einen rohrförmigen Wandteil 7 in deren untere innere Seite eingeschmolzen ist. Mit einem Deckelteil 9, dessen Rand 10 mit dem Rohr 7 verschweißt ist, wird auf diese Weise der Verdampfer eines Wärmeübertragungssystems gebildet, das zur Abfuhr der Wärme von der die Wärme abgebenden Seite der Peltierelemente dient. Mit 11 und 12 sind die Anschlüsse für :die Umlaufleitungen für das Hilfsmedium bezeichnet, die zu dem Kondensator 13 dieses Systems führen.
Auf der die Wärme aufnehmenden Seite sind die den Strom leitenden Brücken 3 in eine der Glaseinschmelzung 6 entsprechende gemeinsame Glaseinschmelzung 14 eingeschmolzen, die ihrerseits mit dem oberen Innenrand 15 eines Rohres 16 verschmolzen ist. Mit einem Deckelstück 17 bildet das Rohr 16 zusammen mit der Glaseinschmelzung 14 den Kondensator eines zweiten Wärmeübertragungssystems. Die zugehörigen Anschlüsse für die Umlaufleitungen sind mit 18 und 19 bezeichnet; sie führen zu dem Verdampfer 20 dieses Wärmeübertragungssystems. Der Verdampfer 20 befindet sich im Kühlraum 21, während der Kondensator 13 der Außenluft ausgesetzt ist. Mit 22 ist die Kühlraumisolierung bezeichnet. In eine Aussparung 23 der Isolierung 22 ist die Peltiereinheit in der aus der F i g. 1 ersichtlichen Weise eingesetzt.
Die dargestellte Anordnung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß die Peltierelemente 1 selbst in bekannter Weise in einem Vakuumraum angeordnet sind. Zu diesem Zweck sind zwei Glaseinschmelzungen 24 und 25 vorhanden, mit denen das untere Ende des Rohres 7 und das obere Ende des Rohres 16 sowie das untere bzw. obere Ende der ringförmigen Wandteile 26 und 27 verschmolzen sind. Mit einem äußeren Ring 28 sind die Wandteile 26 und 27 vakuumdicht verschweißt. Bei 29 ist ein Evakuierungsrohr angeordnet. Auf diese Weise ist durch die Wände 6, 24, 26, 28, 27, 25 und 14 ein Vakuumraum 30 gebildet, in welchem sich die Peltierelemente befinden.
In der F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die Glaseinschmelzung 6 mit den Strom leitenden Brücken 2 dargestellt. Die Brücken 2 können auf der dem Innenraum des Wärmeübertragungssystems zugewandten Seite ebene Flächen bilden, die durch ihre unmittelbare Berührung mit dem Hilfsmedium zu einer sehr intensiven Wärmeabfuhr und Wärmezufuhr geeignet sind. In bekannter Weise kann man zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen,wie dies in den F i g. 3 und 4 schematisch dargestellt ist, die den Strom leitenden Brücken 2 auch beispielsweise mit Vertiefungen 31 (F i g. 3) oder Rippen 32 (F i g. 4) versehen.
In der F i g. 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine zur Stromerzeugung dienende thermoelektrische Vorrichtung dargestellt. Mit 41 sind hier die Peltierelemente bezeichnet. Diese sind auf der die Wärme abführenden Seite mit den Strom leitenden Brücken 42 und auf der die Wärme aufnehmenden Seite mit den Strom leitenden Brücken 43 zusammengefügt. Das mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitende Wärmeübertragungssystem ist hier nur auf der die Wärme abgebenden Seite vorhanden. Zu diesem Zweck sind die Elemente 41 mit einer gemeinsamen Glaseinschmelzung 44 in einen Ring 45 eingeschmolzen. Durch die Glaseinschmelzung 44, den Ring 45 und einen Deckel 46 ist ein Verdampfer 47 des Wärmeübertragungssystems gebildet. Mit 48 und 49 sind die zu einem Kondensator 50 führenden Umlaufleitungsanschlüsse bezeichnet.
Auf der die Wärme aufnehmenden Seite sind an die Brücken 43 Wärmeübertragungsrippen 51 angesetzt, die in einem Heizkanal 52 liegen. In diesen Heizkanal 52 strömen in Richtung des Pfeiles 53 von einer Wärmequelle her kommende Heizgase, die über die Rippen 51 eine intensive Beheizung der die Wärme aufnehmenden Seite 43 des Peltierblocks bewirken. Mit 54 und 55 sind die Stromanschlüsse bezeichnet, an denen der mit dieser Vorrichtung erzeugte elektrische Strom abgenommen werden kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektrothermische Vorrichtung zur Erzielung von Kühl- oder Wärmewirkungen und thermoelektrische Vorrichtung zur Stromerzeugung, bei denen zur Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr bei den zu einem Block zusammengefaßten Thermoelementen mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitende Wärmeübertragungssysteme dienen und bei denen die die einzelnen Elemente miteinander stromleitend verbindenden Kupferbrücken auf ihrer von den Elementen abgewendeten Seite eine Wärmeaustauschfläche aufweisen, die direkt von dem flüssigen bzw. dampfförmigen Hilfsmedium bespült wird, und bei der gemäß dem Hauptpatent 1165 051 der Verdampfer bzw. der Kondensator des Wärmeübertragungssystems in einer unteren bzw. in einer oberen als Flanschteil ausgebildeten Wand Durchbrechungen mit einer Oberfläche aus elektrisch isolierendem Glas aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kupferbrücken (2, 3; 42; 62, 63) selbst in diese Durchbrechungen dicht eingefügt sind und daß die gesamte, als Flanschteil ausgebildete Wand (6, 14; 44; 64) aus elektrisch isolierendem Glas ausgeführt und ihrerseits in eine Öffnung des Verdampfermantels (7; 45; 65) bzw. des Kondensatormantels (16; 66) dicht eingesetzt, z. B. eingeschmolzen, ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbrücken (2, 3; 42; 62, 63) auf der dem Innenraum der Wärmeaustauscher zugewendeten Seite in bekannter Weise in einer Ebene liegende Wärmeaustauschflächen aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferbrücken (2, 3; 42; 62, 63) auf der dem Innenraum der Wärmeaustauscher zugewendeten Seite in bekannter Weise Rillen, Vertiefungen (31) od. dgl. oder auch Rippen (32) zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide als Flanschteile ausgebildeten Wände (6, 14) mittels den Verdampfermantel (7) und den Kondensatormantel (16) umfassender Glaseinschmelzungen (24, 25) und mittels von diese Glaseinschmelzungen (24, 25) umfassenden äußeren Mantelringen (26, 27) und eines gemeinsamen Verbindungsringes (28) zu einem an sich bekannten evakuierten Behälter zusammengefügt sind, in dem die Elemente liegen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche und bei der zur Stromerzeugung auf der die Wärme aufnehmenden Seite in einem Heizkanal liegende Wärmeleitkörper vorhanden sind, die mit den den elektrischen Strom leitenden Kupferbrücken der Elemente in direktem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitende Wärmeübertragungssystem auf der die Wärme abgebenden Seite vorhanden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr.251006, 489132; deutsche Auslegeschriften Nr. 1034 669, 1067 454; USA.-Patentschriften Nr. 413 136, 2 881594.