DE1926645C3 - Thermal generator - Google Patents
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Description
halb konstruktiv aufwendige Mittel und erfüllt den- Thermogenerator weiter zu verbessern und die ther-semi-constructively expensive means and fulfills the- thermogenerator to further improve and the thermal
noch nicht die Forderungen einer hohen Betriebs- mische Ausdehnung senkrecht zur Längsachse dernot yet the requirements of a high operational mix expansion perpendicular to the longitudinal axis of the
sicherheit. einzelnen Thermoelemente nahezu unabhängig vonsafety. individual thermocouples almost independent of
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 944 352 der Art der Befestigung der einzelnen Elemente amFrom the German utility model 1 944 352 the type of attachment of the individual elements on
ist ein Thermogenerator mit Thermoelementen be- 5 kalten Wärmeaustauscher zu kompensieren,a thermogenerator with thermocouples is 5 to compensate for a cold heat exchanger,
kannt, deren Kontaktbrücken auf der Heißseite frei Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einemknows whose contact bridges are free on the hot side
tragend angeordnet sind. Auf der Kaltseite ist jeweils Thermogenerator der eingangs genannten Art da-are arranged in a load-bearing manner. On the cold side there is a thermal generator of the type mentioned above.
ein Schenkel der einzelnen Thermoelemente mit durch gelöst, daß auf die erste Metallplatte jedesone leg of the individual thermocouples with solved by that on the first metal plate each
einem Schenkel entgegengesetzter Leitfähigkeit des Thermoelementschenkels eine beidseits metallisierteone leg of opposite conductivity of the thermocouple leg one metallized on both sides
benachbarten Elements über eine Brücke elektrisch io Keramikplatte aufkontaktiert ist, daß auf die vonadjacent element is electrically contacted via a bridge io ceramic plate that on the of
leitend verbunden. Die Brücken mehrerer solcher den Thermoelementschenkeln abgewandte Flächeconductively connected. The bridges of several such surfaces facing away from the thermocouple legs
in Reihe angeordneter Thermoelemente sind jeweils der Keramikplatte eine zweite Metallplatte aufkon-thermocouples arranged in a row, a second metal plate is attached to the ceramic plate.
auf eine gemeinsame Keramikplatte aufgelötet, die taktiert ist und daß wenigstens eine parallel zu densoldered onto a common ceramic plate that is clocked and that at least one parallel to the
mit dem kaifön Wärmeaustauscher verschraubt ist. Stirnflächen der Thermoelementschenkel verlaufendeis screwed to the kaifön heat exchanger. End faces of the thermocouple legs running
In dieser Anordnung ist zwar die durch Wärme- i5 Schicht der auf die Thermoelementschenkel aufkon-In this arrangement, although the concentra- on the thermocouple legs by heat i layer 5
dehnungen in Achsrichtung der Schenkel verursachte taktierten Metallplatte aus dem gleichen Metall wieelongation in the axial direction of the legs caused clocked metal plate made of the same metal as
Bruchgefahr gering, es können jedoch die thermi- die auf die Keramikplatte aufkontaktierte zweiteRisk of breakage is low, but the thermal contact with the second ceramic plate
sehen Spannungen auf der Kaltseite nicht kompen- Metallplatte besteht.see tensions on the cold side do not compensate- there is a metal plate.
siert werden, weil dort die Schenkelenden durch die Durch die Anordnung der Metallplatten aus dem Brücken am kalten Wärmeaustauscher fixiert sind, so gleichen Material beiderseits des Keramikkörpers Diese bekannte Anordnung ist deshalb nur für ver- werden die quer zur Achse der Schenkel gerichteten haltnismäßig geringe Temperaturunterschiede zwi- Scherkräfte nahezu unabhängig von der Art der Besehen der Warm- und der Kaltseite und nicht für festigung der beiden Schenkel am kalten Wärme-11 mperaturwechselbeanspruchung geeignet. austauscher weitgehend kompensiert und die Bruch-Hin ähnlicher Aufbau eines Thermogenerators ist 25 gefahr für die Bauelemente bei Temperaturwechselbekannt aus der französischen Patentschrift 1 224909. beanspruchung wesentlich herabgesetzt. Jeweils ein Schenkelende auf der Kaltseite eines der Die erste Metallplatte ist in bekannter Weise mit Elemente ist mit einem Schenkel mit entgegengesetz- einem Schenkelende des benachbarten Thermoter Leitfähigkeit des benachbarten Elementes mittels elementes elektrisch leitend verbunden, einer Brücke aus elektrisch leitendem Material ver- 30 Vorzugsweise kann die auf der Kaltseite unmittelbunden. Diese Brücke ist mit zwei Schraubverbin- bar am Schenkel befestigte Metallplatte aus zwei düngen am kalten Wärmeaustauscher befestigt. Die Platten bestehen, von denen eine auf die Stirnfläche den Wärmedehnungen der Brücken auf der Heißseite des Thermoelementschenkels aufkontaktiert und die entsprechenden thermischen Spannungen quer zur andere, die mit Anschlußfahnen versehen ist, mit der Achsrichtung der Schenkel müssen somit von den 35 Keramikplatte kontaktiert ist, wobei das Metall der Schenkeln aufgenommen werden. mit Anschlußfahnen versehenen Platte elektrisch Nach einem früheren Vorschlag (Patent 1 539 335), besser leitend ist als das Metall der auf die Thermoder sich auf einen Thermogenerator der eingangs elements«.henkel aufkontaktierten Platte. Dann köngenannten Art bezieht, können nun sowohl die nen zwei κ mäßig diese auf die Thermoelementschen-Wärmedehnungen in Achsrichtung kompensiert als 40 kel aufkontaktierten Platten und die auf der anderen auch die auf der Kaltseite quer zur Achsrichtung der Flachseite der Keramikplatte aufkontaktierte zweite Schenkel entstehenden thermischen Spannungen da- Metallplatte aus dem gleichen Metall bestehen. durch gering gehalten werden, daß die beiden Für die beiden Schenkel des gleichen Thermo-Schenkel jedes der Thermoelemente auf der Heiß- elements kann eine gemeinsame, auf die Keramikseite frei tragend angeordnet und auf der Kaltseite 45 platten aufkontaktierte zweite Metallplatte oder auch mit einer für beide Schenkel gemeinsamen Schraub- eine gemeinsame beidseits metallisierte Keramikverbindung am kalten Wärmeaustauscher befestigt platte vorgesehen sein, deren Metallisierung auf der sind. Bei diesem Thermogenerator können die Brük- den Thermoelementschenkeln zugewandten Fläche ken an der Stirnseite der beiden Schenkel auf der durch einen nichtleitenden Streifen unterbrochen ist. Heißseile selbst den Wärmeaustauscher bilden und 50 Vorteilhaft ist es, die auf die von den Thermomosaikartig zusammengesetzt sein. Auf der Kaltseite elementschenkeln abgewandte Fläche der Keramiksind die Schenkel elektrisch isoliert und thermisch platte aufkontaktierte zweite Metallplatte aus leitend an einer Platte befestigt, die mit einem Ge- Wolfram und/oder die mit Anschlußfahnen versehene windebolzen versehen ist, der mit dem kalten Platte aus Silber herzustellen. Das Material der Wärmeaustauscher verschraubt ist. 55 Keramikplatte kann Aluminiumoxyd oder Beryllium-Because the ends of the legs are fixed there by the arrangement of the metal plates from the bridge on the cold heat exchanger, so the same material on both sides of the ceramic body - Shear forces almost independent of the type of viewing on the warm and cold side and not suitable for fastening the two legs to cold heat and temperature fluctuations. Exchanger largely compensated and the Bruch-Hin-like structure of a thermal generator is significantly reduced. In each case one leg end on the cold side of one of the The first metal plate is connected in a known manner with elements is electrically conductively connected to one leg with an opposing leg end of the adjacent thermal conductivity of the adjacent element by means of a bridge made of electrically conductive material those directly on the cold side. This bridge is attached to the cold heat exchanger with two metal plates made of two fertilizers that are attached to the leg by screw connections. The plates consist of which one contacts the thermal expansions of the bridges on the hot side of the thermocouple leg on the end face and the corresponding thermal stresses across the other, which is provided with terminal lugs, with the axial direction of the legs must therefore be contacted by the 35 ceramic plate, whereby the metal of the thighs are included. Electrical plate provided with connecting lugs According to an earlier proposal (patent 1,539,335), it is more conductive than the metal of the plate which is connected to the thermal or to a thermal generator of the input element handle. Then the above-mentioned type refers, both the two κ moderately these on the thermocouple thermal expansions in the axial direction compensated as 40 kel on-contact plates and the thermal stresses arising on the other also on the cold side transversely to the axial direction of the flat side of the ceramic plate contacting the thermal stresses da- metal plate are made of the same metal. for the two legs of the same thermal leg of each of the thermocouples on the hot element, a common second metal plate can be arranged in a cantilevered manner on the ceramic side and plates on the cold side 45, or with one for both Legs common screw a common ceramic compound metallized on both sides attached to the cold heat exchanger plate can be provided, the metallization of which are on the. In the case of this thermal generator, the bridges can ken the surface facing the thermocouple legs on the end face of the two legs on which is interrupted by a non-conductive strip. Hot ropes themselves form the heat exchanger and it is advantageous that they are composed of the thermal mosaic-like. On the surface of the ceramic facing away from the element legs on the cold side, the legs are electrically insulated and thermally plate-connected second metal plate is conductively attached to a plate that is provided with a threaded bolt with connection lugs, which can be produced with the cold plate from silver . The material of the heat exchanger is screwed. 55 ceramic plate can be aluminum oxide or beryllium
Mit der gemeinsamen Schraubverbindung für die oxyd sein.Be with the common screw connection for the oxyd.
beiden Schenkel jedes der Thermoelemente mit dem An Hand einiger Ausführungsbeispiele, die in dentwo legs of each of the thermocouples with the hand of some embodiments that are in the
kalten Wärmeaustauscher kann sich die Metallplatte F i g. 1 bis 6 dargestellt sind, wird die Erfindungcold heat exchanger, the metal plate F i g. 1 to 6 are illustrated, the invention
senkrecht zur Achse des Gewindebolzens nach allen näher erläutert.perpendicular to the axis of the threaded bolt after all explained in more detail.
Seiten frei ausdehnen. Dadurch können thermische 60 In den gezeigten Ausführungsbeispielen können Spannungen in dieser Richtung weitgehend kompen- die Thermoelementschenkel der Thermoelemente siert werden. Dies setzt aber voraus, daß für die Fub- aus einer Germanium-Silizium-Legierung aus Eisenplatte des Gewindebolzens ein Material gewählt wird, disilizid oder aus einer Mangan Silizium-Legierung das während des Betriebes bei der Temperatur der hergestellt sein. Bei einer Germanium-Silizium-Legie·. Kaltseite etwa die gleiche Ausdehnung hat wie die 65 rung erhält man beispielsweise den p-leitenden Brücke auf der Heißseite bei der Temperatur des Thermoelementschenkel durch eine Dotierung mit heißen Wärmeaustauschers. Bor, Gallium oder Indium und den n-leitenden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Thermoelementschenkel durch eine Dotierung mitExpand sides freely. This allows thermal 60 in the embodiments shown The thermocouple legs of the thermocouples largely compensate for tensions in this direction be sated. However, this assumes that a material is selected for the foot made of a germanium-silicon alloy from the iron plate of the threaded bolt, disilicide or a manganese-silicon alloy that can be produced during operation at the temperature of the. With a germanium-silicon alloy ·. Cold side has about the same extent as the 65 tion, for example, the p-conductive one is obtained Bridge on the hot side at the temperature of the thermocouple leg by doping with hot heat exchanger. Boron, gallium or indium and the n-type The invention is based on the object of doping this thermocouple leg with
Phosphor, Arsen oder Antimon. Die Querschnitte der Thermoelementschenkel sind vorzugsweise halbzylindrisch, wobei die Thermoelementschenkel mit der ebenen Räche ihres Mantels elektrisch isoliert aneinandergrenzen.Phosphorus, arsenic or antimony. The cross-sections of the thermocouple legs are preferably semi-cylindrical, the thermocouple legs with electrically insulated from the flat surface of their mantle.
In F i g. 1 ist die Teilansicht eines Thermogenerators mit zwei verschiedenen Thermoelementen la und 16 im Schnitt dargestellt. Die Thermoelemente sind aus Thermoelementschenkeln 2 mit entgegengesetzter Leitfähigkeit aufgebaut, die an ihrer Heißseite durch Kontaktbrücken 3 a und 36 elektrisch leitend verbunden sind. Auf die Stirnflächen der Thcrmoelementschenkef 2 ist an der kalten Seite je eine Wolframplatte 4, beispielsweise aufgeschmolzen oder aufgelötet, und auf diese Wolframplatte 4 eine Silberplatte 5 aufkontaktiert, die mit elektrischen Anschlußfahnen 6 versehen ist. Durch die Wolframplatte 4 wird das Halbleitermaterial gegen das Lot abgeschirmt, mit dem die Silberplatte S aufgelötet ist. Dieses Lot kann daher nicht in das Halbleitermaterial der Thermoelementschenkel eindiffundieren und deren Dotierung nicht verändern. Über die Anschlußfahnen 6 der Silberplatte 5 sind benachbarte Thermoelemente mittels Silberzöpfen 7 elektrisch leitend verbunden.In Fig. 1 is a partial view of a thermal generator shown with two different thermocouples la and 16 in section. The thermocouples are made up of thermocouple legs 2 with opposite conductivity, those on their hot side are electrically connected by contact bridges 3 a and 36. On the end faces of the Thcrmoelementschenkef 2 is each a tungsten plate 4, for example melted on the cold side or soldered, and on this tungsten plate 4, a silver plate 5 is contacted, which with electrical Terminal lugs 6 is provided. The semiconductor material is pressed against the solder by the tungsten plate 4 shielded, with which the silver plate S is soldered is. This solder can therefore not diffuse into the semiconductor material of the thermocouple legs and do not change their doping. About the terminal lugs 6 of the silver plate 5 are adjacent Thermocouples connected in an electrically conductive manner by means of silver braids 7.
Auf die Silberplatten 5 an der kalten Seite des Thermoelementes la sind beidseits metallisierte Keramikplatten 8 a aufgelötet. Diese Keramikplatten 8a bestehen aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material, t. B. aus Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd. Die von den Thermoelementschenkeln abgewandle Fläche jeder Keramikplatte ist mit einer Wolframplatte 12a verlötet. Auf den Wolframplatten 12a ist ein Gewindebolzen 9a »aufgelötet, über den das Thermoelement la mittels einer Mutter 10 mit dem Wärmeaustauscher 11 der kalten Seite, der mit Wärmeaustauschfahnen versehen ist, verschraubt ist. Im Gewindebolzen 9 a ist eine Dehnungsfuge 13 vorgesehen.Ceramic plates 8 a metallized on both sides are soldered onto the silver plates 5 on the cold side of the thermocouple la. These ceramic plates 8a consist of an electrically insulating and thermally conductive material, t. B. from aluminum oxide or beryllium oxide. The surface of each ceramic plate that is remote from the thermocouple legs is soldered to a tungsten plate 12a. A threaded bolt 9a is soldered to the tungsten plates 12a, via which the thermocouple la is screwed by means of a nut 10 to the heat exchanger 11 on the cold side, which is provided with heat exchange lugs. An expansion joint 13 is provided in the threaded bolt 9 a.
/.wischen den Wolframplatten 4 und 12 a sind die Silberplatten 5 und die Keramikplatten 8a eingefügt. Seitliche thermische Ausdehnungen der Silberplatte 5 und Keramikplatte 8a werden durch die Wolframplatten 4 und 12 a aufgefangen, zwischen denen die Silbcrplatte 5 und die Keramikplatte 8 a eingespannt sind, und die Bruchgefahr für die Bauelemente, die durch Scherkräfte bedingt ist, ist stark verringert./. between the tungsten plates 4 and 12 a are the Silver plates 5 and the ceramic plates 8a are inserted. Lateral thermal expansions of the silver plate 5 and ceramic plate 8a are caused by the tungsten plates 4 and 12 a caught, between which the silver plate 5 and the ceramic plate 8 a clamped and the risk of component breakage caused by shear forces is greatly reduced.
Bei der geschilderten Kaltseitenbefestigung des Thermoelementes la sind die Thermoelementschenkel 2 in direkter mechanischer Verbindung mil dem Wärmeaustauscher 11. Sie sind daher örtlich gut fixiert und verkantungssicher befestigt. Außerdem ist der Wärmeübergang sehr gut, da sich keine isolierenden Luft- bzw. Gasschichten im .Wärmest rom weg ausbilden können. Günstig ist es, den Gewindebolzen aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise aus Silber, herzustellen, um den Wärmewiderstand möglichst gering und damit den Wirkungsgrad des Thermogenerators möglichst groß zu machen.In the described cold side fastening of the thermocouple la, the thermocouple legs are 2 in direct mechanical connection with the heat exchanger 11. They are therefore locally good fixed and secured against tilting. In addition, the heat transfer is very good, as there are no insulating ones Air or gas layers in .Wärmest rom can form away. It is beneficial to use the threaded bolt made of a material that conducts heat well, for example silver, in order to increase the thermal resistance as much as possible low and thus to make the efficiency of the thermal generator as high as possible.
Für die Kaltseitenbefestigung des Thermoelementes 1 & ist auf die beiden Silberplatten 5 eine gemeinsame Keramikplatte 86 aufgebracht. Die Keramikplatte 86 ist von den Tnermoelementschenkeln her gesehen durch einen Steg 16 in zwei Hälften unterteilt, die jeweils metallisiert und auf die Silberplatten S aufgelötet sind. Es wird damit ein Kurzschluß der Thermoelementschenkel vermieden. Die von den Tnermoelementschenkeln abgewandte Seite der Keramikplatte Sb ist durchgehend metallisiert und mit der Wolframplatte 12b, die ebenfalls für beide Thermoelementschenkel 2 gemeinsam ist, verlötet. Diese Wolframplatte 12 b ist mit dem Gewiradebolzen 9b verlötet, der direkt in ein Gewinde des Wärmeaustauschers 11 eingeschraubt ist.A common ceramic plate 86 is applied to the two silver plates 5 for the cold side fastening of the thermocouple 1 &. The ceramic plate 86 is divided into two halves by a web 16, viewed from the thermal element legs, which are each metallized and soldered onto the silver plates S. This avoids a short circuit in the thermocouple legs. The side of the ceramic plate Sb facing away from the thermocouple legs is continuously metallized and soldered to the tungsten plate 12b, which is also common to both thermocouple legs 2. This tungsten plate 12 b is soldered to the Gewiradebolzen 9b, which is screwed directly into a thread of the heat exchanger. 11
Beide Thermoelemente la'und 16 besitzen Kontaktbrücken, die über die seitliche Begrenzung der Thermoelementschenkel 2 hinausstehen. Der Wärmeto austauscher auf der heißen Seite des Thermogenerators wird direkt durch diese Kontaktbrücken aufgebaut. Mim erhält daher einen direkten Übergang für die Energie von der Wärmequelle zu den Kontaktbrücken, ohne Zwischenschaltung eines zweiten <5 Wärmeaustauschers, der einen zusätzlichen Wärmewiderstand darstellen würde. Die Wärmeenergie kann auf die Kontaktbrücken eingestrahlt werden, oder die Kontaktbrücken können beispielsweise mit einer Flamme direkt beheizt sein. LJm eine direkte Wärmeleitung zur Kaltseite des Thermogenerators zu vermeiden, ist der Raum zwischen den Thermoelementschenkeln 2 und zwischen den Kontaktbrücken mit thermisch isolierendem Material 24 ausgefüllt.Both thermocouples 1 a and 16 have contact bridges, which protrude beyond the lateral boundary of the thermocouple legs 2. The heat to Exchanger on the hot side of the thermal generator is built up directly through these contact bridges. Mim therefore receives a direct transition for the energy from the heat source to the contact bridges, without the interposition of a second <5 heat exchanger, which has an additional thermal resistance would represent. The thermal energy can be radiated onto the contact bridges, or the Contact bridges can be heated directly with a flame, for example. LJm a direct one The space between the thermocouple legs is to avoid heat conduction to the cold side of the thermogenerator 2 and filled with thermally insulating material 24 between the contact bridges.
Die vergrößerten Kontaktbrücken der Thermoelemente la und 16 sind auf unterschiedliche Weise hergestellt. Beim Thermoelement la ist über den inneren Teil 3 a der Kontaktbrücke, der querschnittsgleich mit den Thermoelementschenkeln ist, ein Schuh 15 a geschoben, wobei der innere Teil 3« in einem Durchbruch des Schuhs 15 a sitzt. Beim Thermoelement 16 sitzt der innere Teil 36 in eine Einsenkung des Schuhs 156. Vorzugsweise ist der innere Teil der Kontaktbrücke und der Schuh aus dem gleichen Material hergestellt. Dieses Material kann beispielsweise (Mo0 4(i Co0 54)O, Si0 „ sein. Dieses Material bietet den besonderen Vorteil, daß der Schuh in einem Sinterprozeß hergestellt werden kann, womit die Herstellung vielfältiger Brückenformen möglich ist. Außerdem läßt sich der innere Teil 3 mit dem Schuh 15 nach Kontaktierung des inneren Teils mit den Thermoelementschenkeln 2 zusammensintern, wodurch die Herstellung von Thermoelementen mit den verschiedensten Brückenformen, ausgehend von einem »Grundbauelement <>, in einfachster Weise ermöglicht ist.The enlarged contact bridges of the thermocouples la and 16 are produced in different ways. In the case of thermocouple la, a shoe 15 a is pushed over the inner part 3 a of the contact bridge, which has the same cross-section as the thermocouple legs, the inner part 3 ″ sitting in an opening in the shoe 15 a. In the case of the thermocouple 16, the inner part 36 is seated in a depression in the shoe 156. The inner part of the contact bridge and the shoe are preferably made from the same material. This material can, for example, be (Mo 0 4 (i Co 0 54 ) O , Si 0 ". This material offers the particular advantage that the shoe can be produced in a sintering process, which enables the production of a wide variety of bridge shapes Sinter the inner part 3 together with the shoe 15 after contacting the inner part with the thermocouple legs 2, whereby the manufacture of thermocouples with the most varied of bridge shapes, starting from a "basic component", is made possible in the simplest possible way.
Fig. 2 zeigt ebenfalls den Schnitt durch eine Tcilansicht eines. Thermogenerators mit zwei weiteren Ausführungsbeispielen 1 c und 1 d für das Thermoelement. Bei beiden Thermoelementen stehen die Anschlußfahnen 17 der Silberplatten 5 in Richtung der Achse des Thermoelementes ab und bilden zusammen einen geschlitzten Gewindebolzen. Dieser geschlitzte Gewindebolzen sitzt in einer Bohrung des Wärmeaustauschers 11 der kalten Seite und ist mittels einer Mutter 19 aus nichtleitendem Material mit dem Wärmeaustauscher 11 verschraubt. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen benachbarten Thermoelementen ist wieder mit Silberzöpfen hergestellt, die an den Arischlußfahnen 17 im Bereich der Wärmeaustauschfahnen des Wärmeaustauschers 11 angelötet sind. Vorteilhaft ist es dabei, daß die elektrisch leitende Verbindung der Thermoelemente nach ihrem Einbau in den Wärmeaustauscher 11 erfolgen kann. Außerdem lassen sich einzelne Thermoelemente" auswechseln, wozu nur die Lötverbindung der Silberzöpfe 7 und die Schraube 19 zu lösen sind. Die Theimoelemente Ic und la* unterscheidenFig. 2 also shows the section through a partial view of a. Thermogenerator with two further embodiments 1 c and 1 d for the thermocouple. In both thermocouples, the connecting lugs 17 of the silver plates 5 protrude in the direction of the axis of the thermocouple and together form a slotted threaded bolt. This slotted threaded bolt sits in a bore of the heat exchanger 11 on the cold side and is screwed to the heat exchanger 11 by means of a nut 19 made of non-conductive material. The electrically conductive connection between adjacent thermocouples is again made with silver braids, which are soldered to the Arischlußfahnen 17 in the area of the heat exchange lugs of the heat exchanger 11. It is advantageous that the electrically conductive connection of the thermocouples can take place after they have been installed in the heat exchanger 11. In addition, individual thermocouples ″ can be exchanged, for which purpose only the soldered connection of the silver braids 7 and the screw 19 need to be loosened. The theimo elements Ic and la * have to be distinguished
sich in der elektrischen Isolation zwischen den Silberplatten 5 mit den Anschlußfahnen 17 und dem Wärmeaustauscher 11. Beim Thermoelement Ic ist über den aus den Anschlußfahnen 17 gebildeten Gewindebolzen ein Keramikröhrchen 18 geschoben, das einen beidseits metallisierten Flansch besitzt, der auf die Silberplatten 5 aufgelötet ist. Das Material dieses Keramikröhrchens ist elektrisch isolierend und thermisch leitend, es kann beispielsweise Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd sein. Die Metallisierung auf der den Silberplatten 5 zugekehrten Seite des Flansches muß durch einen nichtleitenden Streifen unterbrochen sein, um Kurzschlüsse der Thermoelementschenkel zu vermeiden. Auf den Flansch ist eine Kreisringplatte 12c aus Wolfram aufgelötet, die am Warmaustauscher 11 anliegt. Zwischen den Anschlußfahnen 17, die den Gewindebolzen bilden, ist ein Abstandhalter 20 aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen. Beim Thermoelement \d ist mit den Silberplatten 5 ein beidseits metallisiertes Keramikplättchen 21 verlötet, das eine Bohrung aufweist, durch die die Anschlußfahnen 17 verlaufen. Die Metallisierung dieses Keramikplättchens 21 muß auf der den Thermoelemenlschenkeln 2 zugewandten Seite ebenfalls unterbrochen sein. Das Keramikplättchen 21 ist wieder mit einer Kreisringplatte 12 d aus Wolfram verlötet, die am Wärmeaustauscher 11 anliegt. Über die Anschlußfahnen 17 ist ein isolierendes Röhrchen 22 geschoben, das einen Zwischensteg besitzt. Dieses Röhrchen 22 ist in F i g. 3 im Schnitt dargestellt. Mit dem Röhrchen 22 sind die Anschlußfahnen 17 gegenseitig von der Wolframplatte YId und von dem Wärmeaustauscher 11 elektrisch isoliert. Der Wärmeübergang von den Silberplatten 5 und damit von den Thermoelementschenkeln 2 zu dem Wärmeaustauscher 11 erfolgt in erster Linie über den Flansch des Keramikröhrchens 18 oder über das Keramikplättchen 21 und die Wolframplatten 12c und lld. in the electrical insulation between the silver plates 5 with the connecting lugs 17 and the heat exchanger 11. In the case of the thermocouple Ic, a ceramic tube 18 is pushed over the threaded bolt formed from the connecting lugs 17 and has a flange that is metallized on both sides and is soldered onto the silver plates 5. The material of this ceramic tube is electrically insulating and thermally conductive, it can for example be aluminum oxide or beryllium oxide. The metallization on the side of the flange facing the silver plates 5 must be interrupted by a non-conductive strip in order to avoid short circuits of the thermocouple legs. A circular ring plate 12c made of tungsten, which rests on the heat exchanger 11, is soldered onto the flange. A spacer 20 made of electrically insulating material is provided between the connecting lugs 17, which form the threaded bolt. In the case of the thermocouple \ d , a ceramic plate 21 metallized on both sides is soldered to the silver plates 5 and has a bore through which the connecting lugs 17 run. The metallization of this ceramic plate 21 must also be interrupted on the side facing the thermal element legs 2. The ceramic plate 21 is again soldered to a circular ring plate 12 d made of tungsten, which rests on the heat exchanger 11. An insulating tube 22, which has an intermediate web, is pushed over the connecting lugs 17. This tube 22 is shown in FIG. 3 shown in section. With the tube 22, the connecting lugs 17 are mutually electrically insulated from the tungsten plate YId and from the heat exchanger 11. The heat transfer from the silver plates 5 and thus from the thermocouple legs 2 to the heat exchanger 11 takes place primarily via the flange of the ceramic tube 18 or via the ceramic plate 21 and the tungsten plates 12c and lld.
Auf der Heißseite des Thermogenerators sind beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 keine vergrößerten Kontaktbrücken zum Aufbau des Wärmeaustauschers verwendet. Es sind jedoch die Kontaktbrükken 3, die querschnittsgleich mit den Thermoelementschenkeln 2 sind, in direktem thermischem Kontakt mit der Energiequelle. Um den Raum zwischen den Konlaktbrücken 3 auszufüllen, ist eine Tragplatte 23 vorgesehen, die Durchbrüche besitzt, in denen dieOn the hot side of the thermal generator in the exemplary embodiment according to FIG. 2 no enlarged Contact bridges used to build the heat exchanger. However, it is the contact bridges 3, which have the same cross-section as the thermocouple legs 2, are in direct thermal contact with the energy source. A support plate 23 is used to fill the space between the Konlaktbrücken 3 provided that has breakthroughs in which the
ίο Kontaktbrücken 3 angeordnet sind. Die Tragplatte 23 besteht vorzugsweise aus thermisch nichtleitendem Material..ίο Contact bridges 3 are arranged. The support plate 23 is preferably made of thermally non-conductive material ..
In F i g. 4 und 5 ist je eine Draufsicht auf den Wärmeaustauscher der Heißseite dargestellt, der durch vergrößerte Kontaktbrücken gemäß Fig. 1 mosaikartig zusammengesetzt ist. Es soll mit den beiden gezeigten Formen — Quadrat und Sechseck — demonstriert werden, daß auf diese Weise eine möglichst dichte Packung der Bauelemente und ein ge-In Fig. 4 and 5 each show a plan view of the heat exchanger of the hot side, the is composed of a mosaic by enlarged contact bridges according to FIG. It should be with both of them Shown shapes - square and hexagon - are demonstrated that in this way one possible dense packing of the components and a
ao schlossener Wärmeaustauscher zu erhalten ist. Eine Bewegung der Kontaktbrücken senkrecht zur Zeichenebene, die beispielsweise durch thermische Ausdehnung hervorgerufen werden kann, ist mögüch. Die Zwischenräume zwischen den Kontakt-ao closed heat exchanger is to be obtained. One Movement of the contact bridges perpendicular to the plane of the drawing, for example by thermal Expansion can be caused. The spaces between the contact
»5 brücken 15 können mit elektrisch und thermisch isolierendem Material ausgefüllt sein.»5 bridges 15 can be equipped with electrically and thermally insulating Material to be filled out.
Eine Kontaktbrückenform mit vergrößerten Wärmeaustauschflächen ist in perspektivischer Ansicht bei einer Reihe von Kontaktbrücken 15 b in F i g. 6 ge-A contact bridge shape with increased heat exchange surfaces is b in a perspective view at a number of contact bridges 15 in F i g. 6 ge
zeigt. Bei diesen Kontaktbrücken 156 ist die der Energiequelle zugewandte Seite pyramidenförmig ausgebildet. Es kann auch eine Kalotte als vergrö ßerte Wärmeaustauschfläche vorgesehen sein, wodurch bei erheblicher Materialeinsparung die Wärme-indicates. In the case of these contact bridges 156, the side facing the energy source is pyramid-shaped educated. A dome can also be provided as an enlarged heat exchange surface, as a result of which with considerable material savings, the heat
leitungseigenschaften der Kontaktbrücke sogar noch zu verbessern sind. Hierbei erweist sich die Herstcl lung der vergrößerten Kontaktbrücke, insbesondere einer Kontaktbrücke 15 b des Thermoelementes 1 b. durch Sintern als besonders günstig.conduction properties of the contact bridge are even to be improved. This proves the production of the enlarged contact bridge, in particular a contact bridge 15 b of the thermocouple 1 b. by sintering as particularly favorable.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
909648/286909648/286
Claims (5)
deren Stirnflächen der kalten Enden jeweils mithot ends are connected by an electrically and thermally conductive contact bridge, io
the end faces of the cold ends with each
Keramikplatte aufkontaktiert ist, verbunden sind
und die mit dem kalten Wärmeaustauscher elek- 15
trisch isoliert und thermisch leitend verschraubtMetal plate on which one is metallized on both sides
Ceramic plate is contacted, are connected
and those with the cold heat exchanger elec- 15
trically insulated and screwed to be thermally conductive
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Family Applications (1)
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1969
- 1969-05-24 DE DE1926645A patent/DE1926645C3/en not_active Expired
Also Published As
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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