DE1539314A1 - Thermosaeule - Google Patents

Description

G. W-fahoUSffi München, den H ^l 1967

ttMe.m.y«»tr··· 4· - ^{N 1}52 - Dr. Hk/P

Nuclear Materials And Equipment Corporation in Apollo, Pa., V. St. A.

ThermosSule

Die Erfindung betrifft eine Thermosäule mit einer größeren Anzahl % drahtförmiger Thermoschenkel. Solche ThermosSulen werden zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie an Stellen verwendet, ' wo kein Anschlußnetz verfügbar ist. Als Beispiel sei die Verwendung als elektrischer Energieerzeuger für Herzschrittmacher genannt. Solche Herzschrittmacher werden in den Körper eingesetzt, um Herzschlagimpulse zu erzeugen.

Eine Thermosäule bissteht bekanntlich aus paarveise zusammengefaßten positiven und negativen Thermoschenkeln· Gegebenenfalls J kann jeder Thermoschenkel wieder aus mehreren"parallel geschalteten Drähten bestehen» Für die positiven* D'rähte kommen beispM.sweise folgende Werkstoffe in Erage: Kupfer, Bisen, Chromel-P, Nickel-Molybdänlegierungen wie Ni 82 Mo 18 oder Ni 79 Mo 20 Mn 1, 'Nickel-Chromlegierungen wie Ni 90 Cr 10 (Tophel Spezial) oder Ni 98,7 Cr 9*3 (Tophel). Für den negativen Drahtschenkel kommen beispielsweise folgende Werkstoffe in Frage: Konstantan, Au 65 Pd"35 (Platinel 1503), Cu 59,5 Ni 40 Mn 0,5 (Cupron Spezial) oder CuJ5 Ni 45 (Cupron). _ _ ^,₌ ,, ,. -

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BADOTGfNAL

Für eine Temperaturdifferenz von einiger, hundert 3i^:id C avisehender heißen und der kalten Lötstelle kann ein Thermoelement der beschriebenen Art eine Spannung in der Größenordnung von Millivolt erzeugen. Ui/eine Spannung in der Größenordnung von ι Volt abzugeben, muß also die Thermosäule aus 500 - iCQO in Eeihe geschalteten Thermoelementen bestehen. Die einzelnen Thermoelemente ^ müssen voneinander isoliert sein. Der Leistungsbedarf eines therrcoelektrischen Generators für den erwähnten oder einen "ähnlichen Zweck ist gering und beträgt in einem ausgeführten Beispiel nur 162 Mikrowatt. Die Ausgangsleistung soll aus Sicherheitsgründen auch nicht wesentlich über diesen Wert ansteigen. Um diese niedrige KurzSchlußleistung zu erzielen, muß der Innenwiderstand der -Thermosäule-hoch-sein, d.h.» die Drähte müssen sehr dünn sein. Die Drahtdicke beträgt z.B. o_f025 - 0,1 mm.

Aufgabe der Erfindung ist die Konstruktion einer Thermosäule, * welche die aufgezeigten Forderungen erfüllt*

Die erfindungsgemäße Thermosäule mit drahtförmigen Thermoschenkein ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel den einen Einschlag eines Gewebes bilden, dessen anderer Einschlag aus elektrisch isplierenden Fäden besteht.

Die Thermosäule hat also die Form eines Bandes, dessen Länge und Breite nach der gewünschten Anzahl und Länge der einzelnen Thermoschenkel bemessen ist. Die Thermoschenkel bilden vorzugsweise die

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Kette und die isolierenden Fäden den Schuß des Bandes oder Gewebes, weil die Fäden leichtergebogen werden können und außerdem durch ihre Ueberkreusungen die einzelnen Drähte oder Drahtgruppen getrennt voneinander halten. Gegebenenfalls können mehrere Lagen solcher Bänder, die gleichartige oder entgegengesetzte Thermoschenkel enthalten, aufeinandergelegt werden.

Bei der Herstellung des Gewebes werden die kettenbildenden Drähte und die schußbildenden Fäden erheblichen Spannungen unterzogen. Es ist wesentlich, daß die Drähte und die Schußfäden diese ^■panniu.gen aushalten können. Die Dicke des Banden, ist dU2ch die Anzahl der IJeberkreuzungen je Längeneinheit der Kette bestimmt«, ■ ■Wenn die Drähte mit einem Isolator überzogen sind, so können auch je zwei ".Drähte entgegengesetzter Pola-ii tat nebeneinander liegen.

Bei einem ausgeführten Beispiel besteht das Gewebe aus zwei Lagen. In der einen Lage besteht die Kette aus 0.025 mm dicken Drähten f

der Legierung Tophel Spezial und bei der anderen Lage besteht die Kette aus 0,04 mm dicken Drähten aus Cupron Spezial. Der :chuß besteht in beiden Fällen aus Glasfaden, wobei jeder Faden aus 2OQ Fasern riit einer Einzeldicjce von Ό,ΰΟ-5 r.m zusammengesetzt isr. Die Bande icke hat bei einer "iebdiciire zwischen '".6 und 30 : ■

bchu^-f?aen je ein eine Größe vor. C,C$ - 0,13 mn. ■

Die Erfindung v.dri nachstehend anhand der Zeiciii.unc i.?lier erlä-.irert. Hierin sind: . :. . .;

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BAD ORIGINAL

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Fig. 1 eine Draufsicht äes erfindungsgemäßen thermoelektrisehen Gewebes, wobei die obere IsolationsXage entfernt j

Pig. 2 ein Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1J

Fig. 3 eine Seitenansicht der Thermosäule mit ihren Anschlußstücken;

■ Fig. 4 ein Teil schnitt eines Anschlußstücks;

Fig. 5 ein Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 1 über die ganze Breite des Gewebes, jedoch nur durch die obere Lage 12 {

Fig. 6 eine schematisehe Darstellung einer Lötvorrichtung für die erfindungsgemäße Thermosäule und -

Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer abgeänderten Ausfiihrungsform der Erfindung·

Das erfindungsgemäße thermoelektrische Gewebe lO besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Lagen 12'und 14· Die Lage 12 hat eine Kette aus Drähten 11 positiver Polarität und die Lage 14 hat eine Kette aus Drähten 13 negativer Polarität. Die Schußfäden der beiden Lagensind mit 15 und 17 bezeichnet. Die Fäden 15 bilden schmale Streifen in der Nähe der beiden Enden der Lagen 12 und 14 (Fig. 5) und bestehen aus einem Stoff •wie Baumwolle, der leicht entfernt werden kann, z.B. durch Abbrennen. Die Fäden 17 bestehen aus einem Isoliermaterial, typisch Glas- oder Quarzfasera. Die Lagen 12 und 14 jsind durch Lagen 16, IB und 20 aus Isoliergewebe (z.B. Quarz) isoliert.

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pie-"Drähte 11 und 13 haben einen Durchmesser in der Größenordnung

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•von 0,025 - 0,04 mm und verlaufen paarweise in Längsrichtung des Bandes, Die Drähte 11 körnen einen anderen Durchmesser als die Drähte 13 haben« Die Drähte 11 und 13 bestehen aus den oben erwähnten oder ähnlichen Werkstoffen. Beispielsweise bestehen die Drähte 11 aus der Legierung Tophel Spezial mit einem Durchmesser von 0,025 mm, während die Drähte 13 aus der Legierung Cupron

Spezial mit einem Durchmesser von 0,D4 mm bestehen. Die Quarzfäden 17 sind derart mit den Drähten 11 und 13 verwoben, daß sie Taschen 19 bilden*, in welchen die einzelnen Drahtpäare voneinandei· isoliert sind. "

Die Lagen 12 und 14 werden auf einem gewöhnlichen Webstuhl gewebt. Beispielsweise werden d,ie Drähte 11 oder 13 von Haspeln unter Spannung abgezogen und bilden so eine Tette aus gespannten Drähten in Längsrichtung einer Lage. Die Fäden 15 und 17 werden von passend angeordneten Haspeln senkrecht zu den Drähten 1-1 und 13 abgezogen und mit den Drähten verflochten.

Bei Verwendung des Gewebes 10 zur elektrischen Energieerzeugung werden die Enden benachbarter Drähte 11 und 13 miteinander verbunden.⁷ Zu diesem Zweck werden die Drahtenden in Sillan 20 keramischer Anschlußstücke 21 und 23 eingelegt und verlötet.

Die Anschlußstücke sind elektrisch isolierend, jedoch wärmeleitend . Das eine Anschlußstück 21 ist mit einer Wärmequelle ver-

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bunden,so daß die miteinander verlöteten Drahtenden in den Billen 20 als heiße UJtstellen dienen. Das andere Anschlußstück 23 ist gekühlt, so daß die dort endenden Drähte die kalten Lötstellen darstellen.

Die Endverbindung der Drähte 11 und 13 geschieht mittels der Vorrichtung nach Figi 6* Sie besteht aus einem Ofen 31 mit zwei im Abstand voneinander angebrachten Trägern 33 und 35, auf denen die Anschlußstücke 21 und 23 montiert sind. Die Baum/ollfäden I5 verden von beiden Enden der Lagen 12 und 14 abgebrannt und das Gewebe iO wird zwischen den Anschluß stück en 21 und 23 gespannt, wobei die Drähte 11 und 13 nach gründlicher Reinigung in die Rillen 20 zu liegen kommen. In jedelille 20 kommen zwei positive Drähte 11 und zwei negative Drähte 13. Die Drähte 11 und 13 werden durch Rollen 37 und 39, die an den Trägern 33 und 35 schwenkbar angelenkt sind, in den Rillen gehalten. In den Rillen befindet sich ein lüpfer-Silber-Lot 40, das'durch auf die Anschlußstücke aufgesetzte Widerstandsheizkörper 41 und 43 erhitzt wird. Nach dem Anlöten werden die aus den Anschlußstücken 21 und 23 herausragenden Drahtenden 45 und 47 abgeschnitten, .

Fig. 7 zeigt ein. Gewebe 4Ö, das aus nur einer Lage besteht, und dessen Kette au* abwechselnden positiven und negativen Zwilling scJi?Äiiteii 42 und 44 besteht. Der Schuß 46 ist ein Isolierfaden "wie Quarz. - ■ - ■- :. -■■ ' - \ „ - .

Claims (7)

1. liliitoivilt

   gg ^ München, den H. Juni 1987

   •fl^aciMOH « 15o - Dr.

   Nuclear Materials Ana Equipment Corporation in Apollo, Pa., V. St» A.

   Pat e η t a η s ρ r ü c h. e

   ( 1 .j Thermo säule mit drahtförmigen Th ermo schenk ein, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (11, 13) den einen Einschlag eines Gewebes bilden, dessen anderer Einschlag aus elektrisch isolierenden Fäden (15*17) besteht»

   ■. - i
2. 2. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bchenlcel abwechselnd thermoelektrisch positiv und negativ
3. 3. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe aus mindestens zwei Lagen (12, 14) besteht, von denen die eine nur positive und die andere nur negative Schenkel enthält.
4. 4. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierenden Fäden auch thermisch isolierend
5. 5. Thermosäule nach Anspruch i_f dad'xrch gekennzeichnet, daß

   ⁰⁰⁹⁸¹M

   BADORfGINAi

   die Thermo se henk el die Kette und die isolierenden Päden den !· Schuß des Gewebes bilden. '. )
6. 6. Thermo säule nach Anspruch 5, dadurch· gekennzeichnet, daß die Schußfäden aufeinanderfolgende Keltendrähte oder Gruppen ■ derselben abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten berühren und daß aufeinanderfolgende Schußfäden sich zwischen je zwei .Kettendrähten, oder Gruppen, derselben kreuzen, so daß die Kettendrähte voneinander»isoliert sind.
7. 7. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß , die isolierenden Fäden in der Nähe der Enden des aus dem Gewebe gebildeten Bandes aus einem leicht entfernbaren Material bestehen, so daß die Thermoschenkel an diesen Stellen leicht gereinigt und elektrisch miteinander verbunden werden können.

   0098 12/04 52 BADORIGfNAL