DE1764348C - Thermoelektrischer Generator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Bei allen beschriebenen thermoelektrischen Gene-Generator mit Kühleinrichtung, bei dem Thermo- ratoren richtet sich die Auswahl der Thermoelemente elemente auf der Unterseite einer etwa rechteckigen nach den Temperaturverhältnissen an den Meßstel-Trägerplatte angebracht sind, die auf ihrer Oberseite len. Hierzu Bind ζ. Β. thermoelektrische Halbleiter parallel zu den Stirnseiten angeordnete, auf der Trii- 5 bekannt, die für einen Temperaturbereich von 300 gerplatte senkrecht stehende und über diese seitlich bis 1300° K geeignet sind. Aus einer in dem Taschenhinausragende Kühlfahnen trägt buch Dr. K. J. E u 1 e r »Energie-Direktumwandlung«

In der französischen Patentschrift 1502 535 ist aus dem Jahre 1967 auf Seite 79 dargestellten Tabelle

ein thermoelektrischer Generator mit Kühleinrich- geht hervor, daß der optimale Temperaturbereich

tung beschrieben, der z. B. zur Messung von Auspuff- io von z. B. GeSi-Thermoelementen zwischen 800 und

tsniperaturen an Kraftfahrzeugen verwendet werden 1200° K und von FeSi₂-Thennoelementen zwischen

kann. Dieser Generator weist eine rechteckige Grund- 500 und 800° K liegt.

platte auf, auf der Thermoelemente angeordnet sind. Es sind auch solche thermoelektrischen Generato-

Die Grundplatte ist zwischen einem mit Kühlrippen ren mit bei untenliegender heißer Seite in einer

versehenen Küldkörper und einem Schellenkörper 15 waagerechten Ebene angeordneten Thermoelementen

angeordnet, wobei der Schellenkörpsr zur Aufnahme bekannt. Bei ihnen können die auf der Trägerplatte

eines Auspuffrohres dienen kann. stehenden Kühlfahnen zur Vergrößerung der Kühl-

Es ist auch ein in der deutschen Patentschrift wirkung beiderseits übej die Trägerplatte hinaus-1 126 426 beschriebenes, als Flaschenkühler ver- ragen. Trotzdem bleibt die erzielte Kühlwirkung und wendbares Kleinkühlgerät bekannt, bei dem der zu ao damit die erzeugbare elektrische Leistung bei Luftkühlende Raum von einem Topf, ζ. Β. aus Kupfer, kühlung begrenzt.

gebildet wird. Der Topf ist thermisch von der Um- Es ist zur Verbesserung der Kühlung andererseits gebung mittels eines wärmeisolierenden Mantels, auch bekannt, eine direkt Flüssigkeitskühlung mit z. B. aus einem Schaumstoff auf Polystrolbasis, iso- auf der Trägerplatte gebildetem Kühlmittelkanal vorliert. Das Kühlgerät weist eine Peltierkühlanordnung »5 zusehen. Diese Kühlungsart ist jedoch an das Vorauf, deren kalte Kontaktstellen mit dem zu kühlen- handensein eines Kühlmittels gebunden, worin beiden Raum und deren warme Kontaktstellen mit spielsweise bei militärischer Verwendung eine uneinem Wärmespeicher in thermischem "'.ontakt ste- zulässige Einschränkung liegt.

hen. Die während des Betriebes an den warmen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe

Kontaktstellen entstehende Wärme wird zu einem 30 zugrunde, einen sowohl für Luft- als auch für Flüs-

wesentlichen Teil mittels eines WärmeUbertragungs- sigkeitskühlung geeigneten Generator zu schaffen,

körpers, ζ. B. mittels an sich bekannter Kühlfahnen, Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

in dem Wärmespeicher angesammelt. In dem Topf löst, daß zwei gleiche, lösbar verbundene Teil-Genc-

kann eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, vorhanden sein, ratoren mit jeweils etwa rechteckiger Trägerplatte

die eine gute Wärmeübertragung auf einen zu küh- 35 vorgesehen sind, daß jeweils die Kühlfaunen auf einer

lenden Gegenstand sichert. Außerdem kann der Topf Trägerplatte diese Kuf nur einer Längsseite um weni-

mit einem Deckel verschlossen werden. g«r als die Breite einer Stirnseite der Trägerplatte

Weiterhin ist es bekannt, in der Wand eines kasten- überragen und daß jeweils auf der anderen Längsförmigen Wärmeaustauschers eines thermoelektri- st ■ und den Stirnseiten der Trägerplatte senkrecht sehen Generators verschließbare Kühlmittel-An- 40 auf dieser stehende Wandungen vorgesehen sind, derschlußstutzen anzuordnen. In der USA.-Patentschrift art, daß bei aneinandcrliegenden, mit Wandungen 3 269 875 ist z. B. ein thermoelektrischer Generator versehenen Längsseiten der Trägerphtten der beiden mit Wärmcwandler beschrieben, bei dem der Wärme- Teil-Generatoren die KUhlfahnen jeweils über die austauscher einen verschließbaren Einlaßstutzen und außenliegenden Längsseiten hinausragen, während einen Austrittsstutzen aufweist. Durch den Einlaß- 45 bei aneinanderliegenden, nicht mit Wandungen verstutzen gelangt die Kühlflüssigkeit in den Wärme- sehenen Längsseiten die Wandungen und die Trägeraustauscher, während der nicht verschließbare Aus- platten einen nach oben offenen Kasten bilden, in trittsstutzen dazu dient, den Aufbau eines Übcrdruk- den die Kühlfahncn unter Bildung eines mäanderkes innerhalb des Gehäuses zu verhindern, wodurch förmigen Kühlmittclkanals abwechselnd von den eine Zerstörung des Wärmeaustauschers verhindert 50 Wandungen der beiden außcnllegenden Längsseiten werden kann her hineinragen.

In der deutschen Patentschrift 873 2fi5 ist ein ther- Fin Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Tcil-

moclcktrisdier Generator /ur Messung von niedrigen Generatoren eines thermoelektrischen Generators

Temperaturen beschrieben, der insbesondere eine aus symmetrisch aufgebaut sind. Hierdurch ist es mög-

einer Mehrzahl von Einzelelementen bestehende Bat- 55 Hch, die Teil-Generatoren in einer Serienfertigung

teric aufweist und bei dem die Verbindungsstelle bzw. schneit und billig herzustellen. Mehrere Teil-Genera-

-stellen, z. B. Lötstellen, von einem die Wärme lei- toren können ohne Schwierigkeiten zu einer langen

tenden Stoff umgeben sind. Die Einzelelemente kön- Generatorkette zusammengesetzt werden. Außerdem

nen zwischen konzentrisch zueinander liegenden lessen sich einzelne, reparaturbedürftige Teil-Gene-

Ringkörpern aus wärmeleitendem Stoff radial oder 60 ratoren einfach und schnell gegen neue Teil-Genera-

speichenartig angeordnet sein. Der innere Ringkörper toren auswechseln.

ist durch ein Rohr getragen, in welchem das Wärme Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ausstrahlende Medium enthalten ist oder strömt. Es auf Grund der verschiedenen Kühlungsmöglichkeiist auch möglich, mehrere je aus zwei konzentrischen ten, wie z. B. Luft«, Wasser* oder Durchlaufwasser-Kingkörpern und radial angeordneten Einzelelemen· 6$ kühlung, eine Leistungssteigerung der Thermo ten buchende Einheiten unter Zwischenschaltung elemente erreicht wird. Für die Anwendung des ther· von Isolk/scheibcn axial, auf einem gemeinsamen moelektrischen Generators können die verschieden-Ruhr, aneinanderzureihen. artigsten Heizquellen, wie z. B. der heiße Motor oder

Claims (10)

1. 3 4

   die heiße Auspuffanlage eines Panzerfahrzeuges, ver- 104,105,106, 204, 205, 206 zusammen mit den Trä-

   wendet werden. gerplalten 102,202 einen nach oben offenen Kasten,

   Die crfindungsgemäß vorgesehenen Teil-Generato- der mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden kann

   ren gestatten also zwei verschiedene räumliche Korn- und in den die Kühlfahnen 103, 203 beider Teil-

   binationen. Einerseits kann ein Kasten gebildet wer- 5 Generatoren 100,20Ö von den Wänden 104, 204 der

   den, der zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit geeignet außenliegenden Längsseiten her hineinragen,

   ist, während sich bei der zweiten Kombination eine Kühlfahnen 103,203 und stirnseitige Wände 105,

   Gesamtanoranung ähnlich dem üblichen Aufbau für 206,106, 205 bilden zusammen einen mäanderförmi-

   Luftkühlung ergibt. get; Kühlmittelkanal. Dazu tragen zwei Maßnahmen

   Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeich- io bei. Erstens bleibt zwischen den Enden der Kühl-

   nungr:n erläutert. fahnen 103 des Teil-Generators 100 und der Wand

   Der Aufbau des erfindungsgemäßen Generators bei 204 des zweiten Teil-Generators 200 ein freier Raum

   Luftkühlung ist in den Fig. I und 2 dargestellt. Der — entsprechend auch zwischen den Enden der Kühl-

   Clenerator ist aus zwei gleichen Teil-Generatoren fahnen 203 und der Wand 104 —, weil die Kiihl-

   100, 200 zusammengesetzt. Die senkrecht stehenden 15 fahnen 103,203 die sie jeweils tragende Trägerpialte Teile des Teil-Generators 200 sind in der Draufsicht 102,202 nur um weniger als die Breite einer Stirnin F i g. 2 zur besseren Unterscheidung geschwärzt seite überragen. Zweitens ist der Mittelpunkt des jedargestellt. Bei jedem Teil-Generator 100,20© sind weils von den Kühlfahnen -^nes Teil-Generators geThermoelemente 101,201 auf der Unterseite einer bildeten Kühlfahnenpakets gegenüber der Mitte des rechteckigen Trägerplatte 102,202 angebracht, wäh- ao von den stirnseitigen Wandungen 105,106, 205, 206 rend auf deren Oberseite seitlich über sie hinaus- begrenzten Raumes um ein Viertel des Abstandes ragende Kühlfahnen 103, 203 stehen. Die Kühl- zweier Kühlfahnen 103,203 dieses Teil-Generators fahnen 103,203 ragen jedoch jeweils nur über eine 100,206 in Richtung der Längsseiten der Träger-Längsseite der entsprechenden Trägerplatte 102,202 platten 102,202 versetzt.

   hinaus, während auf der anderen Längsseite eine 35 Die Schnappverschlüsse 107,207 dienen auch hier

   teiArechte Wand 104,204 und auf den Stirnseiten nach einer Drehung um 180° um eine waagerechte

   Wände 105,106 bzw. 205,206 vorgesehen sind. Die Achse aus der in den Fig. i,2 gezeigten Lage zur

   beiden so gebildeten Teil-Generatoren 100,200 sind lösbaren Verbindung der Teil-Generatoren 100,200.

   bei aneinanderliegenden, mit den Wänden 104,204 Dabei verhindern die jetzt nicht sichtbaren Nuten

   versehenen Längsseiten der Trägerplatlen 102,202 30 108, 208 und Zähne 109, 209 eine Verschiebung der

   mittels Schnappverschlüssen 107,207 lösbar verbun- Teil-Generatoren 100, 200 gegeneinander, während

   den. Dabei verhindern auf diesen Längsseiten vor- die Nuten 113,213 und Zähne 114,214, die sich jetzt

   gesehene, nicht sichtbare Zähne und Nuten eine Ver- auf den außenliegenden Längsseiten befinden, als

   Schiebung der Teil-Generatoren 100,200 gegenein- Auflage auf der Innenkante einer Heizvorrichtung

   ander. Auch auf den außenliegenden Längsseiten 35 dienen können.

   sind Nuten 108,208 und Zähne 109,209 gleiche: Art An Hand der Fig. 4 ist jetzt die Rolle der Dichvorgesehen. Diese können als Auflage auf der Innen- tungen 112,212 erkennbar. Sie dienen als Dichtmittel kante der öffnung einer Heizvorrichtung dienen. für die bei Bildung eines Kastens aneinanderstoßcn-Um alle Thermoelemente in untereinander glei- den Flächen der Trägerplatten 102,202 und der chcm Maß zu kühlen, ist es vorteilhaft, Abstände und 40 stirnseitigen Wandungen 105,206,106, 205 der Teil-Anbringung der Kühlfahnen so zu wählen, daß jede Generatoren 100,200.

   Kühlfahne senkrecht über je einem Thermoelement Während allein durch Füllen des gebildeten Ka-

   anjrcordnet ist. Dazu wird vorgeschlagen, daß die stens mit stehendem Wasser als Kühlflüssigkeit

   Thermoelemente jcd^s Tcil-Gcnerators in zu den gegenüber reiner Luftkühlung bereits ein Lcistungs-

   Slirnsciten der Trägerplatten 101 und 102 parallelen 45 gewinn von 40 bis 50 %> erreicht wird, ergibt sich

   Reihen angeordnet sind, daß jeder Teil-Generator eine weitere Erhöhung um etwa 80 bis 100° 0 bei

   eine gleiche Anzahl von Theimoelementen-Reihen einer Durchiaufkühlung, indem über die Anschluß-

   und Kiihlfahnen aufweist und daß jeweils eine Kühl- stutzen 107, 207 Wasser zu- und abgeführi wird. In

   fahne senkrecht über einer Thermoelementen-Reihc diesem Fall kann es günstig sein, den gebildeten Ka-

   angcordnet ist. Im dargestellten Beispiel weisen die 50 stcn mittels eines Deckels auf seiner sonst offenen

   Tcil-Gcncratoren 100,200 jeweils sechs Kiihlfahnen Oberseite abzudecken.

   103,203 und sechs Reihen von Thermoelementen Die Wahl des Typs der verwendeten Thermo-

   101, 201 auf. elemente 301, 201 hängt von der je nach Heizeinrich-Im übrigen sind jeweils in einer stirnseitigen Wand tiing verschiedenen höchsten Temperatur ab. Bei

   106,206 eines Teil-Generators 100,200 ein mittels 55 Gas- und Benzinbrennern können etwa 950" C. ercincs Ventils 110,210 verschließbarer Kühlmittel- reicht werden; bei dieser Temperatur eignen sich am Anschlußstutzen 111, 211 und weiter Dichtungen besten GcSi-Thermoelemente. Soll der Generator jc-112,212 vorgesehen, deren Rolle im folgenden noch doch im Interesse einer vielseitigen Anwendung bei erläutert wird. etwa 500° C optimal arbeiten, so sind FeSU-Thermo-Den Aufbau des erfindungsgemäßen Generators 60 elemente vo,7.uschen. Diese lassen es beispielsweise bei Flüssigkeitskühlung zeigen die F i g. 3 und 4. In zu, den Generator bereits durch Aufsetzen auf einen diesem Fall liegen die nicht mit Wandungen ver- zur Raumbeheizung üblichen ölofen zu betreiben,
   sehenen Längsseiten der beiden Teil-Generatoren „ .. .
   100, 200 aneinander, was durch Zusammensetzen fatcntansprucne.
   nach deren Drehung aus der in Fig.2 dargestellten «s 1. Thermoelektrischcr Generator mit Kiihlein-Lage um jeweils 180° in der Zeichenebene möglich richtung, bei dem Thermoelemente auf der Unterist. Dadurch bilden die auf den jetzt außeniiegcnden seite einer etwa rechteckigen Trägerplatte an-Länesseiten und den Stirnseiten vorgesehenen Wände ' gebracht sind, die auf ihrer Oberseite parallel zu

   den Stirnseiten angeordnete, auf der Trägerplatte senkrecht stehende und über diese seitlich hinausragende Kühlfahnen trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche, lösbar verbundene Teil-Generatoren (100,200) mit jeweils etwa rechteckiger Trägerplatte (102,202) vorgesehen sind, daß jeweils die Kühlfahnen (103,

   203) auf einer Trägerplatte (102,202) diese auf nur einer Längsseite um weniger als die Breite einer Stirnseite der Trägerplatte (102,202) überragen und daß jeweils auf der anderen Längsseite und den Stirnseiten der Trägerplatte (102, 202) senkrecht auf dieser stehende Wandungen (104, 105,106, 204, 205, 206) vorgesehen sind, derart, daß bei ancinanderliegenden, mit Wandüngen (194,204) versehenen Längsseiten der Trägerplatlcn(102,202) der beiden Tcil-Generatorcn (100,200) die KUhIfahnen (103,203) jeweils über die außenliegenden Längsseiten hinausragen, während bei aneinandcrliegenden, nicht mit Wandungen versehenen Längsseiten die Wandungen (104, 105,106, 204, 205, 206) und die Trägerplatten (102,202) einen nach oben offenen Kasten bilden, in den die Kühlfahnen (103,203) unter Bildung eines mäanderförmigcn Kühlmittel- as kanals abwechselnd von den Wandungen (104,

   204) der beiden außenliegenden Längsseiten her hineinragen.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Längsseiten jeder Trägerplatte (102, 202) Nuten (108,113, 208, 213) und Zähne (109,114, 209, 214) als Mittel zur Sicherung gegen Verschiebung der beiden Trägerplatten (202, 102) gegeneinander vorgesehen sind.
3. 3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (101,102) jedes Teil-Generators (100,200) in zu den Stirnseiten der Trägerplatten (102,202) parallelen Reihen angeordnet sind, daß jeder Teil-Genera tor (100, 200) eine gleiche Anzahl von Thermoelementen-Reihen und Kühlfahnen (103, 203) aufweist und daß jeweils eine Kühlfahne (103, 203) senkrecht über eine Thermoclementen-Reihe angeordnet ist.
4. 4. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in einer stirnseitigen Wand (106, 206) eines Teil-Generators (100, 200) Kühlmittel-Anschlußstutzcn (111,211) vorgesehen sind.
5. 5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-Anschlußstutzen (111,211) verschließbar sind.
6. 6. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des jeweils von den Kühlfahnen (103,203) eines Teil-Generators (100, 200) gebildeten KUhlfahnenpakets gegenüber der Mitte des von den slirnseitigen Wandungen (105,106; 205,206) begrenzten Raumes um ein Viertel des Abstandes zweier KUhlfahnen (103,203) dieses Teil-Generators (109,200) in Richtung der Längsseiten der Trägerplatten (102, 202) versetzt ist.
7. 7. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Bildung eines Kastens aneinanderstoßenden Flächen der Trägerplatten (102,202) und der stirnseitigen Wandungen (105, 206; 106,205) jedes Teil-Generators (100,200) Dichtmittcl (112,212) aufweisen.
8. 8. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bei aneinander! iegenden, nicht mit Wandungen versehenen Längsseiten der Tragerplatten (102,202) gebildete Kasten mittels eines Deckels auf seiner Oberseite abgedeckt ist
9. 9. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente GeSi-Thermoelemente sind.
10. 10. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente FeSi₂-Thermoelemente sind.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen