DE1539323A1 - Thermogenerator - Google Patents

Description

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.Aktiengesellschaft

h'rlangexi,

Werner-von-S.iemens-8tr. ^O PLA 66/1382 "1539323

Thermogenerator

Tie Erfindung betrifft einen Therrnogenerator mit wenigstens einem ütrüiiiungskanal für ein flüssiges Wärmeaustauschmedium.

Zum Aufbau von Thermogenöratoren werden im allgemeinen viele Thermoelemente so vereinigt, daß jeweils ihre kalten oder warmen

Schö/Kn

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Lötstellen in eintr Fläche, -nämlich dir IaIt- oittf des Generators, liegen,. Jtdes Thermoelement btste&t au β tin tin Sohenkelpaar mit je einem p~ und η-leitend·η iohefcfctl »us thermoelektrisch wirksamem Material» Bur oh KontaktbrÜolciii aus -elektrisch und thermisch leitend»» Material *«nt*A Alt Schenkel an ihrer Warm- und Kaltaeite· so tlektrieqh leitend verbunden, daß alle Schenkel elektrisch in RtShi und .thermiβ<sl| parallel liegenc Sowohl auf die Warm- als auoh auf die Ealtieitt der Thermoelemente iet im allgemeinen ein Wärmeauitautaher aufge-■Ι setzt, der durch eine Schicht aus 'thermisch leitendem und elektrisch isolierendem Material von den Xhernoelementen ge* trennt ist. Soll ein flüssiges Wärmeaustausehmediu» mit den Kontaktbrücken der Schenkelpaare.in Wärmekontakt gebracht werden, 30 ist wenigstens einer dieser Wämeauetaueeher ala Strömungskanal auszubilden.

Im allgemeinen beträgt die Temperaturdifferenz «wischen der Warm- und der Kaltseite des Generators einige 100° C. Bs werden daher wegen der unterschiedlichen Äuädehnungakoeffizienten w des Materials der Bauelemente im Thermogtnerator großt thermische Spannungen auftreten. Dieae thermischen Spannungen.-_v die vor allem die Verbindungsstellen zwischen den Bauelementen stark belasten und die in Achsrichtung der Schenk«! am größten sind, da der Temperaturgradient in dieser Richtung am größten ist, müssen kompensiert werden. Bekannt ist es» diese thermischen Auedehnungskräfte durch Druck- oder Pr«ßkontakt«. su kompensieren.

Druck- oder Preßkontakte bewirken weiterhin no'ch* daß sich" der

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WänutübergiuigBiridtretand an dtn Kontaktstellen wlhrtnd des Betrieb« aufgrund der theraiechen Ausdehnung nicht aerklich verändert« DflÄit let sichergestellt; daJ der Wirkungsgrad dee Thermogeneratora, der unter andere« von der Größe diese!¹ fttmelibergangswidaretändβ abhängt, WÄbrend d·· Betriebe praktisch konstant bleibt. '

Weiterhin können durch Druckkontakte Herstellungatoleraneen ausgeglichen werden, die in der Länge der Schenkelpaare auftreten und die sich bei der Herstellung nicht vermeiden lassen und die einen ungleichmäßigen Kontakt der einzelnen Schenkelpaare mit den Wärmeaustaueehern mit sich bringen würden.

Die aufgezeigten Probleme lassen sich mit den angeführten Mitteln lösen, wenn gasförmigeiif&nneaustauschmedien vorgesehen sind. Es läßt sich dann immer einer der Wärmeaustauscher so aus einzelnen TeHeSa aufbauen, daß man mit Druckkontakten jedes einzelne Schenkel paar erfaßt und in gleich. £Uten Kontakt mit den Wärmeaustauschern bringt * PUr ein -f Hiesiges Wajfataustauschmediuni muß jedoch wenigstens einer der Wäraeä.Uj|1iameher al3 Strömungskanal ausgebildet sein. Sf: läßt sich äaHtr nicht-unterteilen und man kann ;rd.t den angeführten» bekannten Maflnahmea nicht eicherstellen, daß thermische Spannungen und I&ngentoieransen der Schenkel kompensiert werden· '

Soll daher ein !Thermogenerator aufgebaut werden* bfi dem ein Wärmeaustauscher als Strömungskanal für ein flüssiges Wärmeaus-

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tauschmedium ausgebildet ißt, bo ist dafür zu sorgen» daß ein guter Wärmeleitungskontakt zwischen dem Ströinungskanal und allen

Therrnoeleraentschenkeln auch während dee Betriebs gewährleistet ist. Weiterhin ist dafür zu sorgen,, daß die thermischen Spannungen,; die vor allem aufgrund der Ausdehnung in Schenkeliängerichtung auftreten, kompensiert werden» Schließlich müssen nochdie Längentoleransen der Schenkelpaare ausgeglichen werden."

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Strömungskanal ein wenigstens teilweise flexibles Metallrohr vor- * gesehen ist, und daß mit einer Druckfeder jedes starre Teilstück des Metallrohres gegen die Kontaktbrücken an der Stirnfläche wenigstens eines Schenkelpaafes gepreßt wird, wobei die Kontaktbrücke an der anderen Stirnfläche des Schenkelpaares an einen zweiten Wärmeaustauscher angepreßt wird.

Das teilweise flexible Metallrohr kann aus einem Metallbalg oder einem Wellrohr hergestellt sein und die starren Teilstücke ' können durch'Metallplatten erzeugt sein, die längs einer Parallelen zur Achse des Rohres aufgelötet sind und deren dem Schenkelpaar zugewandte Fläche plangeschliffen ißt. Die Fläche der Metallplatten, die dem Strömungskanal zugewandt ist, kann Rippen be-< sitzen, die der Form des Metallbalges oder des Wellrohres entsprechen.

Das teilweise flexible Metallrohr kann jedoch auch aus massiven Rohrstücken und Metallbalg- oder Wellrohrstücken hergestellt sein. ■ -

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Bei dem erfindungsgemäßen, teilweise flexiblen Metnilrohr ale Strömungakanal wird Jeweile tin starres Teilatüok 411tele einer Druckfeder gegen wenigsten»ein Schenkelpaar gedrückt. Dadurch bleibt ein guter Wäraeleitungskontakt auch dann erhalten, wenn die Schenkel sich in jdängerichtung ausdehnen. Außerdem bleibt das Schenkelpaar mechanisch stabil und örtlich fixiert gehalten, auch wenn die Betriebebedingungen sich ändern, Das flexible Metallrohr gestattet es außerdem noch, Iiängentaleranzen d#r Scheiikelpaare, die sich bei der Fertigung nicht vermeiden lassen, auszugleichen, da es sich den verschieden hohen Schenkelpaaren anschmiegt. . . . ' .

Um zu verhindern, daß das teilweise flexible Metallrohr sich seitlich ausbiegt, kann es in eine (!-»Schiene eingelagert sein, die an wenigstens zwei Stellen an dem zweiten Wärmeaustauscher befestigt ist und die das Widerlager für die Druckfedern is to ..-■""■■■ ■

Vorteilhaft ist es außerdem noch, den zweiten Wärmeaustauscher als massives Rohr auszubilden und die U-Schiene parallel zur Rohrachse anzuordnen. Dieses Hohr wird im allgemeinen die Heißseite des Thermogenerato'rs sein.-

Mit den IJ-Schienen ist der Torteil verbunden, daß schadhafte Thermoelemente leicht ausgewechselt werden können. Es braucht dazu nur eine Reihe von Thermoelementen abgelöst und ausge-

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BADORiGiNAt.

wechselt werden«

Der erfindujigegemäße Theraogtntrator wird ipi folgeren %%\ zwei AuBführungsbeiapiclen unt*r BesugnÄiiin* auf «Hä;· 1 bis 5, näher trläii$#rti ,

Figur 1 zeigt eine Teils,ri3icht dee Theraoganersitorf i« - · · ' ''Ή- '

Schenkelpaare 1 aua p-· bzw," »«leitendem tlier^otltlu^ieell wirk·

samem Material Bind an ihrer farmseite aiit*!· Kott4<|Jit1srtt6i:en

verbunden. Auf die Kaiteeite der Thermo«f.ih*nJcel eind Iftfetaktbrücken 2 auf leontaktiert. £iee# Koniiaktibraokeö 2 iiind 4urcn ' zöpfe 9 mit den Kontaktbrücke 2 von btnachfegrten $her»0«oli#nk*ln elektrisch leitend verbunden»' Durch dlee« VerTeindunii ItJ^ echenJcelpaare mit flexiblen Silberi$ffen 9 iet siohergtetellt, d*I euch eine seitliche Ausdehnung ä»r BohMfui9lp&air9rk(imp9i9i9^.^Mw An der Heißseite besitzt der Thearaogenerftta? tlne^ röhrenförmigen Wärmeaustauscher 7» In deeaea maeaiver ¥(Μ*βΐΐη#.'iiit^/Vertielüngen. ^: angebracht, in denen Hüllen 8 aue th«raieo|sL JtiteAdfto μ»4 elelctrlseii

. isolierendem Matei&l sitzen; Siesee Material kann tine Keramik, f -.- . ■-... -; ; ·. ■■■,■-■* .-: _ ._:■■.

wie z₀ B. Alumin;lttmoxyd, ρβΐ^ In diesen .Hüllen '&. ^:.f<mtam_; Kontaktbrücken 4 der Sohenkelpaar» örtlioh fixier gtjialten. Der Wärmeaustauscher.auf der Kaiteeite des fherwofenerfttor» i$t ein flexibles Metallrohr 6*. Ba, ist aus 'eine© Bfe;t^ll|Ai|f h*rgtiiteXl-to Auf den Metallbalg sind Metallplatten 5 aufgelötet», dertn den ■ Schenkelpaaren zugewandte Fläche plangesohliffen ift,Diese Metallplatten ^ besitzen Rippen 15, die der form des Mettll« balges angepaßt aind und die'dafür aorgen, de0 die Wärmeüt#rtragungsfläehe zwischen Metallblag und. Bfetidlplatt« mögliohet

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froß und dielt 4·γ *ttrei»l#itungtkontakt mögllchet gut let. Zwischen den Mttallpl^tttn ? lind den Kontaktetücken 2 der Soli»nk«lp*itr· let «in* ßahieht 3 »us thermiech leitendem und flektrieoh lioXitr^ndem Itttirial, wie llUiiiniiuioxyä oder Glimmer Yo rg« sehen. Mit 4«a *ufgilöt*t«n Metellplfittfn $ wird ein etarrts !•iletüek dt« Strti«uimekane.l«a erzeugt« «Tedte dieser starreil fiiXetüoke wird duröh eine Druckfeder -11'.to$ff· 14 gegen ein 3chenkeXpaar % gepreßt* Hierdurch wird ein Wäraetibergangskontakt erzeugt» der sich auch während des BetriebeB-aufgrund de-r thermischen Ausdehnung nioht ändert. Außerdem werden aufgrund des fXexlblen MetäXXrohrea 6 IiängentoXeranzen der SchenkeX-paare 1 kompenBiert, Das fXexibXe MetaXXrohr 6 ist in eine Ü-Schiene 10a bzw. 10b eingeXagert* Beide Schienentypen unterscheiden sich durch die Art der Druckfeder, die verwendet werden kann. Die U-Schiene 10a ist in Richtung auf den zweiten Wärmeaustauscher 7 geschlossen. Sie besitzt öffnungen 16, durch die die Metallplatten 5 hindurchragen. Ale Druckfeder wird bei dieser Schiene eine Blattfeder 11 verwendet. Die U-Schiene 10b ist in Richtung auf den zweiten Wärmeaustauscher 7 geöffnet„ Als Druckfeder ist eine Spiralfeder H vorgesehen, die' zwischen einem I Druckstüek 12, das auf dem Metallbalg 6 aufliegt und der Schiene eingebaut ist. An Stelle der Spiralfeder 14 können auch TelXerfedern verwendet werden_e Durch die Spiralfeder 14 ist ein Führungsstift 13 hindurchgeführt, der in der Metallplatte Ί2 befestigt ist und durch die U-Schiene 10b hindurchragte

Figur 2 zeigt einen Teil des Querschnittes längs der Linie H-II

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der Figur 1. In dieser Figur ist die Blattfeder 11 dargestellt. Außerdem zeigt die Figur die Befestigung der Ü-Sehl«ne 10a am zweiten röhrenförmigen Wärmeaustauscher 7. Die tHBöhiene 10a igt wenigstens mit zwei Schrauben 17 über ein Winktleisen 20 an diesem Wärmeaustauscher 7 befestigt. Die Schraube ist von einer thermisch isolierenden Manschette'18 und 19 .umgeben, die für eine thermische Isolation der beiden Wärmeaustauscher sorgt. Der Wärmestrom über die Schraube 17 selbst ist vernachlässigbar. Vorteilhaft ist es jedoch, Schrauben aus thermisch nicht leitendem Material vorzusehen.

Figur 3 zeigt eine Teilansicht des Querschnittes durch den Thermogenerator längs der Linie III-III der Figur 1. In dieser Figur wird der Druck auf das fltxible Metallrohr und auf das Schenkelpaar mittels einer Spiralfeder 14 gezeigt.

Die Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform für das teilweise flexible Metallrohr- Das teilweise flexible Metallrohr ist hier aus massiven Rohrstücken 21 hergestellt, die mittels Metallbalgoder Wellrohrstücken 22 verbunden sind·- Diese Metallbalgstücke 22 sind an die massiven Rohrstücke 21 angeschweißt, über die So'hlaucholive 23 wird dem flexiblen Metallrohr das flüssige Wärmeaustauschmedium zugeführt. Vorteilhaft ist es» die massiven Rohrstücke 21 als durchbohrte Vierkantstücke auszubilden. Man erhält damit ohne Mühe die planen Außenflächen, die auf den Kontaktstücken der Thermoelementschenkel aufliegen. Außerdem wird bei einem solchen Rohrstück ebenfalls das Druckstück 12 für die Spiralfeder 14 eingespart«

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In der Figur 4 ist eine Ausftihrungeform gezeigt, bfi der"zwei Sahenkelpaare durch ein massives Teilstück gegen den■zweiten Wärmeaustauscher gepreßt werden. Hierbei ist.für beide Schenkelpaare nur eine Spiralfeder firvartmsjeken. Der e>r«i<Jhte Wärmeübergangskori.takt ist auch in diesem Falle sehr gut, da längentoleranzen oder thermische Ausdehnung in Schenkellängarichtung durch die "Wippenform" des angepreßten Teilstüokes ausgeglichen werden.

Figur 5 zeigt schließlich eine Draufeicht auf den .Thermogenerator nach Figur 4. Aus dieser Figur wird deutlich, wie mittels der U-Schienen.10b mehrere Reihen von Thermoelemtntschenkeln längs der Rohrachse des zweiten Wärmeaustauschers 7 aufgereiht sind. Zum Auswechseln eines defekten Thermoelementes ist nur das Abschrauben einer U-Schiene und'das Herauslösen des betreffenden Thermoelementes nötig.

6 Pateritansprüche
5 Figuren

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   (.1Thermogenerator mit wenigstens einem Strömungskan»! jfür tin flüssiges Wärmeaustauschmedium_s dadurch gekennzeichnet» daß als Strömungskanal ein wenigstens teilweis· flexibles Metall*- rohr (6 bzw. 21 und 22) vorgesüiian.iat und daß mit finer Druckfeder (11, Tf) - jedes starrt Teilstüök des Metallarohres (5, 21) gegen die Kontäktbrücken (2) an der einen Stirnfläche wenigstens eines Schenkelpaares (1) gepreßt wird, wobei die •Kontaktbrücke (4) an der anderen Stirnfläche dee Schenkelpaares an einen zweiten Wärmeaustauscher (7) angepreßt wird.
2. 2. Thermogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß das teilweise flexible Metallrohr aus einem Metallbalg (6) oder einem Wellrohr hergestellt ist und daß die starren TeilstUcke durch Metallplatten (5) eraeugt sind, die längs einer Parallelen zur Achse des Rohres aufgelötet sind und deren dem Schenkelpaar augewandte Fläche" plangesohliffen ist« ' ■
3. 3. Thermogenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Metallplatten (5), die dem 3trömungskanal zugewandt ist, Rippen (15) besitzt, dit der Jona des Metallbalges (6) oder des Wellrohres entsprechen·
4. 4. Thermogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise flexible Metallrohr aus massiven Rohr*

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   stück«! (21.) und Metallbalg- oder Wellrohretücken (.22) hergestellt ist» ■
5. 5. Thermogenerator nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4? dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise flexible Metallrohr (6, bzw, 21 und 22) in eine U-Schiene (1Oa,"10b) eingelagert ist,; die an wenigstens zwei Stellen an dem zweiten Wärmeaustauspher (7) befestigt ist und die das Widerlager für die Druckfedern (11, ist.

   . I
6. 6. Therraogenerator nach Anspruch'5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmeaustauseher (7) ein massives Rohr und die U-Schiene (10a, 10b) parallel zur Rohrachse angeordnet ist_o

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