DE1539325A1 - Druckstueck zur oertlichen Fixierung eines thermoelektrischen Bauelements - Google Patents

Description

• Druckstück zur örtlichen Fixierung eines thermoelektrischen Bauelements Die Erfindung betrifft ein Druckstück zur örtlichen Fixierung eines thermoelektrischen Bauelements, das in einen Durchbruch eines Wärmeaustauschers fest eingepaßt ist.
• Ein thermoelektrisches Bauelement besteht aus wenigstens einem Thermoschenkel, der p- oder n-leitend sein kann und * den Kontaktbrücken, mit denen die Schenkelenden kontaktiert sind. In einem Thermogenerator werden im allgemeinen viele solche thermoelektrische Bauelemente so vereinigt, daß jeweils ihre kalten oder warmen Lötstellen in einer Fläche, nämlich der Kalt- oder Warmseite des Generators liegen. Dabei waren die thermoelektrischen Bauelemente durch die Kontaktbrücken so miteinander verbunden, daß abwechselnd p- und n-leitende Schenkel elektrisch in Reihe und thermisch parallel liegen. Die Kontaktbrücken der Warm- und der Kaltseite sind jeweils mit einem Wärmetauscher thermisch leitend verbunden. Der Wirkungsgrad des Thermogenerators hängt u.a. von der Güte des thermischen Kontaktes zwischen den Kontaktbrücken und den Wärmetauschern ab.
• In einem Thermogenerator treten sehr große Temperaturgradienten in Richtung der Schenkelachsen auf. Geringere Temperaturgradienten treten in Richtung senkrecht zu den Schenkelachsen auf. Die Thermoschenkel werden sich daher während des Betriebe stark thermisch ausdehnen und diese Ausdehnung wird je nach Lage des thermoelektrischen Bauelements im Thermogenerator vei-,chieden sein. Außerdem kann der Thermogenerator den verschiedensten Betriebebedingungen ausgesetzt sein. Die thermoelektrischen Bauelemente müssen daher mechanisch stabil und örtlich genau fixiert zwischen den Wärmeaustauschern verankert werden. Weiterhin lassen sich beim Herstellungsprozeß Toleranzen in der Schenkellänge nicht vermeiden, so daß die Länge der einzelnen thermoelektrischen Bauelemente verschieden sein kann. Beim _Einbau der ther-ino-,elektrischen Bauelemente zwischen zwei Wärmeausluauschem muß daher eine Kompensation der thermischen Ausdehnung und der Herstellung2-toleranzen und eine stabile örtliche Pixierung der Elemente vorgesehen sein-.
• Bekannt ist es, thermoelektrische Bauelemente mit Hilfe von Druckkontakten zwischen den Wärmeaustauschern zu verankern. Hierzu sind Federn zwischen dem einen Wärmeaustauscher und den Kontaktbrücken der Bauelemente angeordnet. Sehr nachteilig wirkt sich jedoch der schlechte Wärmeleitungskontakt aus, den man hierbei zwischen den Kontaktbrücken und den Wärmeaustauschern erhält"dader Wärmeübergang nur über die Druckfedern stattfinden kann. Mit diesem schlechten Wärmeleitungskontakt ist ein niedriger Wirkungsgrad verbunden.
• Abhilfe wurde mit Federn versucht, die über ein Druckstilck auf das thermoelektrische Bauelement drücken und dieses so zwischen den Wärmeaustauschern festhalten. Das DruckstUck ist hierbei gleitend in eine Bohrung des Iffärmeaustauschers eingepaßt und sorgt so für einen guten Wärmeübergang. Da sich das DruckstÜck jedoch bei höheren Betriebstemperaturen in radialer Richtung thermisch ausdehnt, kann es leicht zu einem Festklemmen des Druckstückes in der Bohrung kommen. Es werden dann bei einerweiteren Temperaturerhöhung auftretende thermische Ausdehnungen der Schenkel nicht mehr aufgefangen und die thermoelektrischen Bauelemente werden zerstört. Damit ist aber der ihermogenerator nicht, mehr betriebssicher.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckstück zu bauen,-mit dem der oben geforderte Ausgleich der einzelnen Toleranzgrößen auch bei wechselnden Bedingungen erreicht werderi kann und mit dem ein 'guter Wärmeleitungskontakt zwischen Kontaktbrücken und Wärmeäustauschern sichergestellt ist, ohne daß hiervon die Betriebssicherheit des Thermogenerators beeinträchtigt wird.
• Erfindungsggmäß wird diese Aufgabe mit einem Drucks-tück gelöst, bei dem die folgenden Merkmale vereinigt sind: a) es Jet hohl ausgebildet, b) das Material der Begrenzungswände ist gut wärmeleitend, c) der Teil der seitlichen Begre-nzungswände, der aus dem Wärmeaustauscher herausragt und der an die Auflagefläche des Druckstückes auf das thermoelektrische Bauelement grenzt, ist federnd ausgebildet, d) der Teil der Begrenzungswände, der auf der dem thermoelektri-.sehen Bauelement gegenüberliegenden Fläche des Wärmeaustauschers frei liegt, ist wenigstens teilweise als Mlembran ausgebildet, e) der ganze Hohlraum des Druckstückes ist mit einem flüssigen Material ausgefüllt, dessen Wärmeleitfähigkeit wenigstens angenähert der Wärmeleitfähigkeit des Materials der Begrenzungswände entspricht und dessen Siedepunkt oberhalb von 600 0 C liegt.
• Bei dem erfindungsgemäßen Druckstück wird über die Membran und über das Wellrohrstück eine Druckkraft auf das thermoelektrische Bauelement ausgeübt, die es zwischen den beiden Wärmeaustauschern festhält und mit der die verschiedenen Toleranzgrößen ausgeglichen werden können. Mit dem flüssigen, gut wärmeleitenden Material im Hohlraum des Druckstückes ist iedoch auch sichergestellt.. daß ein guter Wärmeleitungskontakt zwischen den Kontaktbrücken und dem Wärmeaustauscher vorhanden ist, der nicht von den Bet-rIebsbedingungen abhängt, denen der Thermogenerator ausge-3et-zt-ist. Vorteilhaft ist es, die Druckstücke an der Kaltseite des Thermogenerators anzuordnen, da die Kaltseite des Thermogene-_.
• 0 rators niemals Temperaturen von 600 G und höher ausgesetzt Somit ist auch ein Sieden des flüssigen 1,rinterials und- damit eLne Zerstörung des Druckstückes ausgeschlossen. Der Thermogenerator",-ist also wartungsfrei.

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  Bauelement,.mit benachbarten Bauelementen elektrisch leitend verbunden werden kann.. In dem Druckstück ist-ein Ilohlraum 2 vorgesehen,-der mit Gallium oder einer Natrium-Kalium-Legierung vollständig gefüllt ist. Es ist nötig, den ganzen Hohlraum mit dem flügsigen Material auszufüllen, da sich-sonst bei. einer ungünstigen-Lage des' Druckstückes eine wärmeisolierende Gasschicht zwischen die Kontaktbrücke und den Wärmeaustauscher schieben könnte. In der freiliegenden Fläche des Druckstückes ist eine Membran 4 vorgesehen, Außerdem ist an das Druckst.ück ein Wellrohr-oder Metallbalgstück 3 angeschweißt, das an die Auflagefläche 5 des Druckstückes auf das therinoelektrische Bauelement grenzt. Die Membran 4 liefert die elastische Kraft, mit der die thermische'Ausdehnung und die Her8tellungstoleranz des thermoelektrischen Bauelemerites kompensiert wird. In der Auflagefläche 5 ist eine Einsenkung vorgesehen, die mitthermisch leitendem und elektrisch isolierendem Material 11 ausgekleidet ist und in die.zur örtlichen Fixierung die Kontaktbräcken 9 des thermoelektrischen Bauelements eingepaßt sind.
• Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform des DruckstÜckes. Das Druckstück ist nicht als- Schraube ausgebildet, sondern hat die Form eine.s-Korius und ist in,den konusförmigen Druchbruch 1 3 des Wärmeaustauschers 6 eingepaßt. Außerdem sind die Seitenwände den Druckstückes aus einem Wellrohr 3 und 14 hergestellt- bei-dein' ein Teil der Falten so mit einem Metall 15 ausgegossen ist, daß man die konusförmige Form erhält. Zur örtlichen.Fixierung des thermoelektrischen Bauelementes ist ein Kanal 16 vorgesehen, der von der Auflagefläche durch das Druckstück zur gegenüberliegenden#-. freiliegenden Fläche des Druckstückes geführt ist. Der Kanal ist aus einem Wellrohr oder einem Metallbälg hergestellt. -Durch dies en Kanal sind die verlängerten Anschlußfahnen 17 der Ko'ntaktbj?ücken 9 hindurchges:teckt.' -Durch ein Isolierröhrchen 18 sind,die Anschlußfahnen 17 elektrisch isoliert vom Kanal 16, Auf einen weiteren Vorteil des.erfindungsgemäßen Druckstückee istnoch hinzuweisen. Ist das.Druckstück als.Schraube aüsgebildett so ist es möglich, s*chadhafte thermoelektrische Bauelemente Ome', bes,ondere-Mühe auszuwechseln. Es ist hierzu nur die Drucksc#iraübe' aus dem Wärmeaustauscher zu ent:#ernen und das schadhafte Bawelement gegen ein anderes Zu ersetzten..

Claims (1)

1. Patentansprüche 1" Druckstück zur örtlichen Fixierung eines thermoelektrischen Bauelementes, wobei das Druckstück in einem Durchbruch eines- -Wärmeaustauschers fest eingepaßt ist, gekennzeichnet du rch die,-Vereinigung folgender Merkmale: a) es ist hohl ausgebildet (2), b» das Material der Begrenzungswände ist gut wärmäleitend, c) der Teil (3) der seitlichen Begrenzungswändee der aus dem Wärmea-tistauscher (6) herausragt und der an die Auflagefläche (5) des Druckstücke-s auf das thermoelektrische Bauelement (7P 8p 9)# grenzt, ist federnd ausgebildet, d) der Teil der Begrenzungswände, der auf der dein thermoelektrisehen Bauelement (7, 8, 9) gegenüberliegenden Fläche des -Wärmeaustaus chers (6) frei liegt, ist wenigstensteilweise als Membran-(4) ausgebildet, .e) der ganze Hohlraum (2) des Druckstückes ist mit einem flüssigen Material ausgefülltg dessen WärmeleItfähigkeit wenigstens angenähert der Wärmeleitfähigkeit des Materials der Begrenzungswände entspricht und dessen Siedepunkt oberhalb-von 6000c liegt. 2.' Druckstück'nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichii,et,--daß#eA .als hohle Schraube (1-) ausgebildet'iste Und daß der federnde Teil (3) des Mantels ein-Wellrohr- oder Metallbalgstück ist. 3..Drticks-t#ck-nach Anspruch 1 oder 21- #dadurch gekennzeichnet, daß sein ganzer Hohlraum (2) mit Gallium,gegüllt iA-t-0 4.i Druel.#stück nach Anspruch 1 oder dag äiäin 9'a-nzer Höhlraura (2) Itit eine:r'Nä't#ti=-Ka -lium-Legierung# gefüllt iat. 5 Druckstück# nach einein der Aneprüchje 1 bis 49- 4ad'ü -roh geX. Ö'ZM-L zeichnet, daß' es auseinerl Viellroh:ü (1#-# )--oder eieem,-- Metallbald (14), h-ergeste##t# late #bei dem ein Teii Falten so mit Metalle ausgegossen :*tste daß seine-äußerd Begrenzung, dem Druch-- b:üüC'li (13) Wäi-lübä#u'stauschär (6) bil t EIT ri äht; fiäbh bi7 P che bis 5, D:#U ä i k ine der nf: ril 1 a urbh gek z4# ä 1-biiüL. t; dam Ils i%,laiexi.ä-IL der Begteh-,-ungswände k,):t»robibiisbe- äiähd-ig üüd 114cht IL-gie:üb,-#ir it-,t. -DI-ü-cks#itc-'k liäC'li einen der Ansprüche 1 bis 6# d#"idurüh gekehn- iibi61inei, daß ih där Auflagefläche (5) eine Einsenkünk ange- ä. DtÜäkstück-haeli einem där An.#,prij(,he 1 bis 7- iadurch gekenn- zöidhü-e-ti-daß# mlit einem Rohl- (16) ein Kanal durch das Druckstiliok izbÜ.de-.t A-u:tlagä±Iäclle (5) zür Se-;t* geführt 9. Druckentück nach l#.-.#,ispru",li 8, (I.tidurch F' stellt (1 einen. oder einem lier e -1