DE1476991A1

DE1476991A1 - Thermoelectric device as a heat pump or power generator

Info

Publication number: DE1476991A1
Application number: DE19651476991
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Compagnie General dElectro Ceramique SA
Current assignee: Compagnie General dElectro Ceramique SA
Priority date: 1964-02-27
Filing date: 1965-02-26
Publication date: 1969-07-10
Also published as: FR1395661A

Description

Thermoelektrische Vorrichtung als Wärmepumpe oder Stromerzeuger Wärme-Querleitfähigkeit in wärmeübertragenden Körper zugunsten einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung innerhalb desselben erhöht.Thermoelectric device as a heat pump or power generator Thermal transverse conductivity in heat-transferring body increased in favor of a more uniform temperature distribution within the same.

Das Oxidmaterial ist darüber hinaus sehr hitzefest und erlaubt die Anwendung hoher Temperaturdifferenzen.The oxide material is also very heat-resistant and allows the Use of high temperature differences.

Ein weiterer, durch die Erfindung erzielbarer Vorteil ist eine größere Unempfindlichkeit der Bauteile der thermoelektrischen Vorrichtung, da z.B. bei deren Zusammenbau keine besondere ;Vorsicht wegen einer möglichen Verletzung der dünnen Isolierschicht, wie bei den bekannten Vorrichtungen, aufgewandt zu werden braucht.Another advantage that can be achieved by the invention is a greater one Insensitivity of the components of the thermoelectric device, because e.g. Assembly no special; be careful because of possible injury to the thin Insulating layer, as in the known devices, needs to be applied.

Vorzugsweise bestehen die wärmeübertragenden Körper aus Berylliumoxid BeO und nehmen die Form zweier Platten mit ebenen, }parallelen Oberflächen ein, an denen entsprechende ebene Oberflächen der Verbindungsstücke der beiden Gruppen anliegen. Berylliumoxid ist ein hochwertiger Isolator und weist trotzdem etwa die Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums auf. Der Wärmeleit-.wert eines Berylliumoxidstücks beträgt bei: bei Der Wärmeleitwert eines entsprechenden Aluminiumstücks beträgt bei bei organisch-synthetischen Schaumstoff oder Mineralstoffe. Dieses elektrische Isoliermaterial isoliert gleichzeitig thermisch die von den Platten 3 mit den Schweißstellen 6 und 7 gebildete Fläehe gegen die Fläche, die von den Platten 11 und den Elektroden 4 und 5 mit den Schweißstellen 8 ,und 9 gebildet ist. Um einen guten thermischen Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erreichen', muB1 die thermische Isolierung der Schweißstellen 6 und 7 gegen die Schweißstellen-8 und 9 so; gut als möglich sein, während gleichzeitig das Temperaturgefälle zwischen den die Flächen bildenden Platten und dem Mittel, dessen Temperatur ,geregelt oder abge= nommen werden soll, so gering wie möglich sein soll, wobei die einzelnen Platten 3 und 1-1, 4, 5 gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen.The heat-transferring bodies are preferably made of beryllium oxide BeO and take the form of two plates with flat, parallel surfaces, on which corresponding flat surfaces of the connecting pieces of the two groups rest. Beryllium oxide is a high-quality insulator and still has about the thermal conductivity of aluminum. The thermal conductivity of a piece of beryllium oxide is: at The thermal conductivity of a corresponding piece of aluminum is at at organic-synthetic foam or minerals. This electrical insulating material at the same time thermally insulates the area formed by the plates 3 with the welds 6 and 7 from the area formed by the plates 11 and the electrodes 4 and 5 with the welds 8 and 9. In order to achieve a good thermal efficiency of the device, the thermal insulation of the welds 6 and 7 from the welds 8 and 9 must be as follows; be as good as possible, while at the same time the temperature gradient between the plates forming the surfaces and the means, the temperature of which is to be regulated or decreased, should be as low as possible, with the individual plates 3 and 1-1, 4, 5 must be electrically isolated from each other.

Bis heute wurden diese beiden Bedingungen dadurch erfüllt daß man die Platten 3 oder 11, 45 mit einer sehr dünnen Schich aus elektrischem Isoliermaterial überzog, auf welche eine Metallt platte gelegt wurde, die in Kontakt mit dem Verbindungsmittel det Wärmequellen stand. Dazu wurden ebenfalls Metallplatten verwendet, die nach einer bekannten Technik mit einer isolierenden Oxidschicht überzogen waren.To date, both of these conditions have been met by the plates 3 or 11, 45 with a very thin layer of electrical insulating material covered, on which a metal plate was placed, which was in contact with the connecting means det heat sources. For this purpose, metal plates were also used, which after a known technique were coated with an insulating oxide layer.

Ebenso würden als Isolierschicht dünne, zur Erhöhung der Zeitfähigkeit mit Metallpulver beschichtete Folien aus Glimmer, Polytetrafluoräthylen oder Silikonlack verwendet: Die Einführung dieser Isolierschicht führt zu einem Temperaturgefälle zwischen den Platten 3, 11, 4, 5 und der in Kontakt mit dem Verbndungsmittelder Wärmequellen stehenden äußeren Platte. Dieses Temperaturgefälle ist einerseitader wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials zuzuschreiben, die geringer als jene des Metalls ist und andererseits insbesondere den Unvollkommenheiten der vielen Kontakte zwischen den verschiedenen Schichten. Diese Temperaturgefälle setzen den Wirkungsgrad dieser Apparate bedeutend herab. Das Übereinanderlegen der aus verschiedenen Materialien bestehenden Schichten kompliziert gleich-1 zeitig den verbiegungssteifen Zusammenbau dieser verschiedenen Teile.Likewise, a thin insulating layer would be used to increase the time capacity Foils made of mica, polytetrafluoroethylene or silicone varnish coated with metal powder used: The introduction of this insulating layer leads to a temperature gradient between the plates 3, 11, 4, 5 and that in contact with the connecting means of the Heat sources standing outer plate. This temperature gradient is on the one hand vein the thermal conductivity of the insulating material is ascribed to the lower as that of metal and, on the other hand, especially of the imperfections of many Contacts between the different layers. These temperature gradients set the The efficiency of these devices is significantly reduced. The superimposition of the different At the same time, the existing layers of materials complicate the bending stiffness Assembling these different parts.

Diese verschiedenen Nachteile werden in einer Ausführungs4 form der Erfindung vermieden, die darin besteht, den aus elektrisch isolierender Schicht und-Metallschicht hoher leitfähigkeit bestehenden Teil-durch ein keramisches Isoliermaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu ersetzen.These various disadvantages are addressed in one embodiment of the Invention avoided, which consists in the electrically insulating layer and-metal layer of high conductivity existing part-by a ceramic insulating material with high thermal conductivity to replace.

Erfindungsgemäß sind die Oberflächen 3, 11, 4, 5 mit Berylliumoxidplatten (Be0) 12 und 13 verbunden, die ein ausgezeichnetes elektrisches Isoliermaterial darstellen, dessen Wärmeleitfähigkeit für Temperaturen, die nur um einige Zehntel Grad von,der Umgebungstemperatur abweichen, jener des Aluminiums entspricht.According to the invention, the surfaces 3, 11, 4, 5 are with beryllium oxide plates (Be0) 12 and 13 connected, which is an excellent electrical insulating material represent its thermal conductivity for temperatures that are only a few tenths Degrees from, the ambient temperature, which corresponds to that of the aluminum.

Die Verbindung kann nach der bekannten Technik der metall4 keramischen Verbindungen erfolgen. Die Erfindung erlaubt es,-diel Platten 3 und 11, 4, 5 durch metallisierte Oberflächen auf der Berylliumoaidplatte zu ersetzen, die vorteilhaft durch eine Ablagerung von z.B. Kupfer verstärkt werden, auf der die Kerne unmittelbar angeschweißt werden können.The connection can be made according to the known technique of metal4 ceramic Connections are made. The invention allows -diel plates 3 and 11, 4, 5 through to replace metallized surfaces on the beryllium oxide plate, which is advantageous be strengthened by a deposit of e.g. copper on which the cores directly can be welded.

So wird nicht nur eine vereinfachte Herstellung, eine Ver+ besserung der Steifigkeit der Anordnung und ein höherer Wirkungs+ grad durch Verminderung der störenden Temperaturgefälle verwirklicht, sondern die Feuerfestiglät des Berylliumoxids BeO erlaubt darüber hinaus nachgeeigneter Wahl der Metallisierung und der,' angewandten Schwoißungen diese Vorrichtung bei viel höheren' Temperaturunterschieden zu benützen, als es die gegenwärtig bekannten, Vorrichtungen zulassen.This not only results in a simplified production, an improvement the rigidity of the arrangement and a higher degree of efficiency through reduction the disruptive temperature gradient is realized, but rather the refractory properties of beryllium oxide BeO allowed In addition, a suitable choice of metallization and the 'welds applied to this device at much higher' temperature differences to use than the currently known devices allow.

Claims

Claims 1. Thermoelectric device for use as a heat pump or vice versa, when applied with two different; loan temperatures, as a power generator, having a plurality of series-ge-h switched n- and p-type Halbkeiterkernen which are each connected by a metallic connecting piece, where even-numbered at the connecting pieces in.zwei groups corresponding to a GE-I and an odd-order are arranged, which are subjected to different temperatures and each rest on a heat-transferring body in a current-insulated arrangement with part of their surface, characterized in that the two heat-transferring bodies (12, 13) are homogeneous, electrically insulating, thermally highly conductive inorganic oxide bodies, on which the respective connecting pieces (3, 11) are in direct contact.

2. Device according to claim 1, characterized in that da.8 the heat transferring body (12, 13) consist of Berylliumozid Be0i and take escape the shape of two plates having planar parallel upper; on which corresponding flat surfaces of the connecting pieces (3, 11) of the two groups rest.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the heat-transferring body (12, 13) is provided in certain areas with as-intermediate pieces (3; 11) serving metal coatings, which may be reinforced with a copper application, and that one of the p-conducting and one of the n-conducting semiconductor cores (1, 2) are welded directly to the heat-transferring body (12, 13) in each case in a rough area.