DE1273646B - Thermoelektrische Kuehlanordnung - Google Patents

Thermoelektrische Kuehlanordnung

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DE1273646B
DE1273646B DEL40115A DEL0040115A DE1273646B DE 1273646 B DE1273646 B DE 1273646B DE L40115 A DEL40115 A DE L40115A DE L0040115 A DEL0040115 A DE L0040115A DE 1273646 B DE1273646 B DE 1273646B
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Germany
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heat
thermoelectric cooling
thermocouples
cooling arrangement
thermally
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DEL40115A
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English (en)
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Rer Nat Habil Otto Boettger Dr
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/81Structural details of the junction
    • H10N10/813Structural details of the junction the junction being separable, e.g. using a spring

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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

  • Thermoelektrische Kühlanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Kühlanordnung, bei der zwischen dem wärmeleitenden Körper der warmen Verbindungsstellen der Thermoelemente und dem wärmeleitenden Körper des zugehörigen Wärmeaustauschers oder/und zwischen dem wärmeleitenden Körper der kalten Verbindungsstellen der Thermoelemente und dem zugehörigen Wärmeaustauscher oder/und bei Kaskadenschaltung der Thermoelemente zwischen dem wärmeleitenden Körper der warmen Verbindungsstellen der einen Stufe und dem der kalten Verbindungsstellen der anderen Stufe je ein die Wärmeleitung unterbrechender Zwischenraum vorgesehen ist, der zur Schließung des Wärmeübertragungskreises mit einem hierfür vorgesehenen gut wärmeleitenden Mittel ausfüllbar ist.
  • Die Thermoelemente, wie sie zum Wärmetransport unter Ausnutzung des Peltier-Effekts oder zur Elektrizitätserzeugung unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts benutzt werden, bestehen aus einem oder mehreren Schenkeln, die mit Wärmeleitkörpern Kontaktstellen bilden, an denen die Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe erfolgt. über die Wärmeleitkörper ist der thermische Kontakt zwischen den Kontaktstellen und den Wärmeaustauschern hergestellt. Da die Aufrechterhaltung einer möglichst hohen Temperaturdifferenz das Ziel bei der Ausnutzung des Peltier-Effekts und die Voraussetzung bei der Ausnutzung des Seebeck-Effekts ist, wird man bestrebt sein, die auf unterschiedlicher Temperatur befindlichen Kontaktstellen bzw. Wärmeaustauscher möglichst gut gegeneinander thermisch zu isolieren. Mit Ausnahme der zur Temperaturmessung verwendeten Thermoelemente ist man aber andererseits auch bestrebt, den elektrischen Innenwiderstand und auch den thermischen Widerstand zwischen den Wärmeaustauschern und der zugehörigen Kontaktstelle möglichst klein zu halten.
  • Gleiche überlegungen gelten auch für die bekannten thermoelektrischen Kaskaden, die z. B. bei der Peltier-Kühlung zur Erzielung größerer Temperaturdifferenzen Anwendung finden. Da die Wärmeleitkörper zwischen den einzelnen Stufen der Kaskade schon an sich mit einem möglichst geringen Wärmewiderstand ausgelegt werden, da man weiterhin aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Betriebssicherheit die Anzahl der Stufen möglichst klein hält, und da man endlich zwecks Erzielung großer Wärmetransportleistungen die einzelnen Stufen der Kaskade aus einer Mehrzahl thermisch parallelgeschalteter Thermoelemente, mithin also aus einer Mehrzahl parallelliegender thermischer Widerstände aufbaut, stellt eine solche Kaskade, wenn der Betriebsstrom einmal abgeschaltet ist, eine große Wärmebrücke dar, über die sich das vorher aufgebaute Temperaturgefälle leicht und schnell ausgleichen kann. Dem könnte man nur dadurch begegnen, daß man nach Erreichen der gewünschten Temperaturdifferenz mindestens einen solchen Betriebsstrom aufrechterhält, der den Wärmerückfluß und die entstehende Joulesche Wärmegerade kompensiert. Das stellt aber eine Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit der Peltier-Kühlung dar.
  • Es ist bereits bekannt, die thermoelektrische Kaskade aufzuteilen, z. B. den Wärmeaustauscher zwischen den Stufen, der meist aus einem Stück besteht, zu trennen und dessen Teile zwecks leichterer Auswechselbarkeit mit Schraub- oder Preßverbindungen miteinander zu vereinigen. Dabei wird die entstehende Fuge mit einer thermisch gut leitenden Substanz gefüllt, um den Wärmeübergang zu erleichtern. Bei diesen Ausführungsformen bleibt aber die bei der Montage einmal hergestellte Verbindung zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Wärmeaustauscher bestehen, bis Reparatur oder Umbau eine Lösung dieser Verbindung erforderlich machen. Damit bleibt auch in Betriebspausen die schädliche Wärmebrücke bestehen.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer Kühlanordnung mit Thermoelementen oder thermoelektrischen Kaskaden, bei denen der Wärmetransport von den Kontaktstellen zu den Wärmeaustauschern bzw. von den warmen Kontaktstellen der einen Stufe einer Kaskade zu den kalten Kontaktstellen der anderen Stufe über einen Wärmeleitkörper erfolgt, diesen in zwei räumlich voneinander getrennt montierte Teile zu unterteilen und in den zwischen diesen Teilen befindlichen Raum bei Einschalten des Betriebsstromes zwecks Herstellung des thermischen Kontakts zwischen diesen Teilen eine gut wärmeleitende Flüssigkeit einzuleiten und die Wärmeabfuhr aus der Umgebung der kalten Lötstelle bei Unterbrechung des Betriebsstromes durch Entfernen dieser Flüssigkeit zu unterbrechen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, .eine thermoelektrische Kühlanordnung anzugeben, bei der der Wärmestrom einfach -und leicht handhabbar unterbrochen werden kann. , Diese Aufgäbe wird.. bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das in den Zwischenraum einbringbare Mittel ein fester Körper ist, der so ausgebildet ist, daß er mit den zugeordneten Wärmeleitkörpern über größere Flächen in festen direkten- Wärmekontakt gebracht werden kann und dadurch diese Wärmeleitkörper lösbar=wärmeschlüssig verbindet. -Der feste Körper dient also beim Gegenstand der Erfindung dazu, den thermischen- Kontakt- zwischen den Teilen des Wärmeleitkörpers zu öffnen oder zu schließen. Er wirkt als thermischer Schalter. Damit ist ein wesentlicher Nachteil, der der Verwendung von Thermoelementen oder Kaskaden im nichtkontinuierlichen Betrieb entgegenstand, behoben. Zum Beispiel steht in einem Peltier-Kühlschrank der eindringenden Wärme nicht mehr die stromlose thermoelektrische Anordnung als gut leitende Wärmebrücke zur Verfügung.
  • Zur Erzielung eines möglichst guten Wärmeüberganges zwischen den Teilen des Wärmeleitkörpers und des festen Körpers empfiehlt es sich, den aufeinanderliegenden Flächen dieser drei Körper eine besondere Form zu geben. So kann man z. B. die Flächen an den Teilen des Wärmeleitkörpers so ausbilden, daß sie Teile der Mantelfläche eines Hohlkonus bilden und dann den festen Körper als in diesen Hohlkonus. passenden Konus auszubilden, Man kann aber auch die Flächen der breiten Teile des Wärmeleitkörpers so ausbilden, daß sie die Flanken einer Keilnut darstellen, in die der feste Körper als Keil hineinpaßt.
  • Das Einsetzen oder Herausnehmen des festen Körpers kann erfindungsgemäß auf zwei Arten geschehen, entweder mechanisch, wobei die Bewegung an die Betätigung des Betriebsstromschalters gekoppelt ist; oder mit Hilfe eines durch den Betriebsstrom oder dessen Stromquelle gesondert gespeisten Elektromagneten..
  • Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele für die Kühlanordnung nach der Erfindung.
  • In F i g. 1 ist eine zweistufige thermoelektrische Kaskade dargestellt, deren beide Stufen jeweils aus mehreren Thermoelementen bestehen, die senkrecht zur Papierebene angeordnet sind. Mit 1 sind die Thermoelemente der ersten und mit 2 die der zweiten Stufe bezeichnet. Sie stehen mit den Wärmeaustau schem 3 und 4 und miteinander über den in die Teile 5 und 6 geteilten Wärmeleitkörper in gut wärmeleitendem Kontakt. Der zwischen den Teilen 5 und 6 vorhandene Raum ist begrenzt durch die Flächen 7 und 8, die z. B. die Flanken einer Keilnut mit dem Winkel a bilden. Gemäß der Erfindung wird der thermische Kontakt zwischen den Teilen 5 und 6 durch Einfügen eines festen Körpers 9, z. B. aus Metall, hergestellt. Dieser besteht aus einem gut wärmeleitenden Material und hat die Form eines Keiles mit dem gleichen Winkel, den die Keilnut zwischen den Flächen 7 und 8 aufweist. Durch Einfügen des Keiles 9 in diese Keilnut kariil der therinsche Kontakt zwischen den beiden Stufen der Kaskade hergestellt werden.
  • In F i g. 2 ist eine einfache mechanische Anordnung zum Öffnen und Schließen des thermischen Kontakts dargestellt: Der feste Körper 9- ist über die mit ihm fest verbundene Platte 12 durch die Feder 13 gegen die feste Unterlage 14 abgestützt. Auf der Welle 10, die mit dem Betriebsstromschalter gekoppelt ist, sitzt ein mit dieser Welle drehbarer Nocken 11, der beim Einschalten des Betriebsstromes die Platte 12 und den festen Körper 9 in dessen Lage zwischen den Teilen 5 und 6 des Wärmeleitkörpers drückt und -so den thermischen Kontakt zwischen den Teilen 5 und 6 des Wärmeleitkörpers herstellt.
  • In F i g. 3 ist eine ähnliche Vorrichtung dargestellt, die den Vorteil hat; daß sie nicht nur beim Abschalten, sondern auch bei anderweitiger unbeabsichtigter Unterbrechung des Betriebsstromes den thermischen Kontakt zwischen den Teilen 5 und 6 des Wärmeleitkörpers öffnet. Die Platte 12 und der feste Körper 9 werden hier mit Hilfe eines Elektromagneten 15 bewegt, der die Platte 12 gegen die Feder 13 anzieht und somit die Schließung des thermischen Kontakts bewirkt. Der Elektromagnet 15 kann von dem Betriebsstrom der Thermoelemente direkt durchflossen werden oder auf andere Art über den Betriebsstromschalter mit einer Gleichstromquelle verbunden sein. Wird der Betriebsstrom abgeschaltet oder fällt er aus anderen Gründen aus, so entspannt sich die Feder 13, und der thermische Kontakt zwischen den Teilen 5 und 6 des Wärmeleitkörpers wird unterbrochen.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Thermoelektrische Kühlanordnung, bei der zwischen dem wärmeleitenden Körper der warmen Verbindungsstellen der Thermoelemente und dem wärmeleitenden Körper des zugehörigen Wärmeausiauschers oder/und zwischen dem wärmeleitenden Körper der kalten Verbindungsstellen der Thermoelemente und dem zugehörigen Wärmeaustauscher oder/und bei Kaskadenschaltung der Thermoelemente zwischen dem wärmeleitenden Körper der warmen Verbindungsstellen der einen Stufe und dem der kalten Verbindungsstellen der anderen Stufe je ein die Wärmeleitung unterbrechender Zwischenraum vorgesehen ist, der zur Schließung des Wärmeübertragungskreises mit einem hierfür vorgesehenen gut wärmeleitenden Mittel ausfüllbar ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das in den Zwischenraum einbringbare Mittel ein fester Körper (9) ist, der so ausgebildet ist, daß er mit den zugeordneten Wärmeleitkörpern (5, 6) über größere Flächen in festen direkten Wärmekontakt gebracht werden kann und dadurch diese Wärmeleitkörper (5, 6) lösbar wärmeschlüssig verbindet.
  2. 2. Thermoelektrische Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den festen Körper (9) thermisch miteinander zu verbindenden Flächen (7, 8) der Teile (5; 6) des Wärmeleitkörpers als Teile der Mantelfläche eines Hohlkonus oder als Flanken einer Keilnut ausgebildet sind und der sie thermisch miteinander verbindende feste Körper (9) die Form eines in den Hohlkonus passenden Konus oder eines in die Keilnut passenden Keiles hat.
  3. 3. Thermoelektrische Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsetzen oder Herausnehmen des festen Körpers (9) auf mechanischem Wege durch Betätigen des Betriebsstromschalters der Anordnung erfolgt.
  4. 4. Thermoelektrische Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsetzen oder Herausnehmen des festen Körpers (9) mit Hilfe eines durch den Betriebsstrom der Anordnung oder aus dessen Stromquelle gesondert gespeisten Elektromagneten (15) erfolgt (F i g. 3). In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1122 970.
DEL40115A 1961-09-27 1961-09-27 Thermoelektrische Kuehlanordnung Pending DE1273646B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063171A1 (de) * 2007-12-19 2009-06-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Thermoelektrisches Modul und thermoelektrischer Generator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063171A1 (de) * 2007-12-19 2009-06-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Thermoelektrisches Modul und thermoelektrischer Generator

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