DE2118379C3 - Thermal battery - Google Patents

Thermal battery

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DE2118379C3 DE2118379A DE2118379A DE2118379C3 DE 2118379 C3 DE2118379 C3 DE 2118379C3 DE 2118379 A DE2118379 A DE 2118379A DE 2118379 A DE2118379 A DE 2118379A DE 2118379 C3 DE2118379 C3 DE 2118379C3
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    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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Description

6s6s

kels erfolgt mit Hilfe einer luftdichten Kapsci 5, die aus einer elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Folie, z. B. aus Polyäthylenlerephtaleifolie, hergestellt wird und dicht an den Brücken 3 der Thermobatterie anliegt. Diese Verbindung kann durch Verlötung, Verklebung, Anpressung usw. hergestellt werden.kels takes place with the help of an airtight Kapsci 5, the made of an electrically insulating and thermally conductive film, e.g. B. made of Polyäthylenlerephtaleifolie and lies close to the bridges 3 of the thermal battery. This connection can be made by soldering, Gluing, pressing, etc. can be produced.

Die Thermobatterie wird beim Kühl- oder Et wärmungsbetrieb zwischen einem zu kühlenden oder zu erwärmenden Objekt und einem nicht eingezeichneten Wärmeaustauscher und bei der Stromerzeugung zwischen zwei Wärmeaustauschern angeordnet.The thermal battery is used in cooling or heating mode between an object to be cooled or heated and an object that is not shown Heat exchanger and arranged between two heat exchangers when generating electricity.

Der Ersatz de\ keramischen Wärmeübergangs und der Metallkapsel durch eine Folie, die einen elektrisch isolierenden Thermokontaktübergang und eine luftdichte Kapsel 5 bildet, vereinfacht bedeutend die Herstellung der Thermobaitericn, verbessert ihre energetischen Parameter und senkt ihr.. Kosten.The replacement of the ceramic heat transfer and the metal capsule through a film that has an electrically insulating thermal contact transition and a Forms airtight capsule 5, significantly simplifies the manufacture of the Thermobaitericn, improves their energetic parameters and lowers your .. costs.

Das läßt sich dadurch erklären, daß die Notwendigkeit einer mehrmaligen Verlötung der Thcrmokontaktübergängc mit den Brücken und der Kapsel der Thcrmobatterien entfällt, nicht mehr teure keramische Platten verwendet werden und der Wärmeverlust der dielektrischen Kapsel herabgesetzt wird.This can be explained by the fact that the need to solder the thermal contact transitions several times With the bridges and the capsule of the thermal batteries, no more expensive ceramic ones Plates are used and the heat loss of the dielectric capsule is reduced.

Als Werkstoff für die Kapsel kann man z. B. eine 5 bis 20 pm dicke Polyäthylentcrephtalatfolie mit einem in Vakuum aufgedampften Überzug aus Kupfer oder Silber benutzen. Eine Seite dieser Folie wird vollständig mit einer dünnen Metallschicht überzogen und die andere Seite nur an den Stellen, die mit den Brücken der Thermobatterie verlötet werden sollen.The material for the capsule can be, for. B. a 5 to 20 pm thick Polyäthylentcrephtalatfolie with use a vacuum vapor deposited coating of copper or silver. One side of this slide will completely covered with a thin layer of metal and the other side only in the places that to be soldered to the bridges of the thermal battery.

Die beschriebene thermoelektrische Halbleitereinrichtung funktioniert folgendermaßen:The described thermoelectric semiconductor device functions as follows:

Als Stromerzeuger:As a power generator:

Die Thermobatterie wird zwischen den Oberflächen zweier Wärmeaustauscher eingespannt Der erste Wärmeaustauscher (Erhitzer) wird von einer S äußeren Wärmequelle erwärmt und an den Heißlötstellen der Thermobatterie angeordnet, der zweite Wärmeaustauscher (Kühler) wird von außen gekühlt und befindet sich, en den kalten Lötstellen der Thermobatterie. Infolge der anliegenden Temperatur-ίο differenz und gemäß dem Seebeckeffekt fließt durch die Thermoelementschenkel der Thermobatterie und summiert durch die Endausfühningsleher 4 ein Strom.The thermal battery is clamped between the surfaces of two heat exchangers The first heat exchanger (heater) is heated by an external heat source and at the hot soldering points the thermal battery, the second heat exchanger (cooler) is cooled from the outside and is located at the cold soldering points of the thermal battery. As a result of the applied temperature ίο difference and according to the Seebeck effect flows through the thermocouple legs of the thermal battery and summed up by the final executors 4 Current.

Beim Kühl- oder Erwärmungsbetrieb:
is Die in die Kapsel eingebaute Thermobatterie wird zwischen einem gekühlten Objekt und einem Wärmeaustauscher angeordnet. Durch die Batterie fließt ein Gleichstrom, der von einer äußeren Stromquelle den Ausführungen 4 zugeführt wird. Gemäß dem Peltierao effekt erfolgt je nach der Stromrichtung die Kühlung (bzw. Erwärmung) einer Anzahl von Lötstellen bzw. Wärmeerzeugung oder Wärmeabsorption an anderen Lötstellen.During cooling or heating operation:
is The thermal battery built into the capsule is placed between a cooled object and a heat exchanger. A direct current flows through the battery and is supplied to the embodiments 4 from an external power source. According to the Peltierao effect, depending on the direction of the current, the cooling (or heating) of a number of soldering points or heat generation or heat absorption at other soldering points takes place.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Thennobatte- *5 rie besteht darin, daß zur Bildung des Thermokontakls und zur Einkapselung die gleiche Folie benutzt wird.An advantage of the Thennobatte according to the invention * 5 rie consists in the fact that for the formation of the thermal contact and the same foil is used for encapsulation.

Große Vorteile ergibt die erfindungsgemäße Thermobatterie bei der Entwicklung von leistungsfähigen Geräten infolge des geringeren Wanneverlustes der Kapsel.The thermal battery according to the invention gives great advantages in the development of powerful Devices as a result of the lower tub loss of the capsule.

Die Herstellung der Thermobatterie ist hinreichend einfach und erfolgt mit Hilfe von bekannten Technologien. The production of the thermal battery is sufficiently simple and takes place with the help of known technologies.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

maliKcr Verlötung der Metallbrücken mit wärmeübertraeenden Elementen und der letzleren mit der Patentanspruch: » ·maliKcr soldering of the metal bridges with heat exchangers Elements and the latter with the claim: »· - -„ A1Ie diese Faktoren bedingen einen komplizierten- - “A 1 Ie these factors cause a complicated one Thermobatterie mit wemgstens einer m eine λμ Thamobattene und erhöhen ihre Karten, luftdichte Kapsel eingebauten Kette von durch 5 Auioa™emer eine Thermobatterie der eingangs Metallbriicken elektrisch in Reihe geschalteten *T . Art bekanntgeworden (vgl. deutsche Aus-Thermoelementschenkeln aus Halbleiierstoflen fenj"7 "L j 196 261). Bei dieser besteht die Kapsel mit Elektronen- und Löcherleitung, bei der die '^~^ Keramikplatten mit hohem Wärmeleitver-Kapeel aus elektrisch isolierendem Material be- Zg n dje an metallisierten Stellen zur Wärmesteht und unmittelbar an den Kontattbriiciten »° j» B ' mU ^n Brüc|iCn verlötet sind, sowie aus anliegt, dadurch gekennzeichnet, dali 'inem an die Kanten der Keramikplatten angeschlosdie Kapsel (5) aus einer elektrisch isolierenden, ^n Rahmen aus einem Material mit niedrigem wärmeleitenden Folie besteht. Wärmeleitvermögen.Thermo battery wemgstens a m a λμ Thamobattene and increase their cards airtight capsule built chain of electrically connected by a 5 auio ™ emer a thermal battery of the initially Metallbriicken in series * T. Kind became known (cf. German Aus thermocouple legs made of semiconducting materials f en j "7" L j 196 2 61). With this, the capsule is made with electron and hole conduction, in which the '^ ~ ^ ceramic plates with a high Wärmeleitver-Kapeel of electrically insulating material loading Zg nd j ea n metallized sites for heat Is and directly to the Kontattbriiciten "° j"B' MU ^ n Brüc | i C n are soldered, as well as from abutting, characterized in that the capsule (5) connected to the edges of the ceramic plates consists of an electrically insulating, ^ n frame made of a material with a low heat-conducting film. Thermal conductivity. Eine derartige Kapsel ist nicht nur fertigungs- An e such capsule is not only manufacturing technisch sehr aufwendig, indem nicht nur die beiden ^'a i d Mctallbrücken zu verlötentechnically very complex, by not just the two ^ 'a i d to solder metal bridges technisch sehr aufwendig, indem nicht nur die beidentechnically very complex, by not just the two Die Erfindung betrifft das Gebiet der thermo- ,^'amikplatten mit den Mctallbrücken zu verlöten elektrischen Energieumwandlung, insbesondere ther- sondern auch anschließend der Rahmen mit denThe invention relates to the field of thermal, ^ 'amikplatten to be soldered to the Mctallbrücken electrical energy conversion, especially ther- but also then the frame with the moelekttrische Energieumwandler auf Halbleiter- Keramikplatten, sondern es bilden sich auch infolge basis und kann für thermoelektrische Stromerzeuger unterschiedlichen Wärmeleitvermögens des Mate-Moelectric energy converters on semiconductor ceramic plates, but it also forms as a result basis and can be used for thermoelectric power generators with different thermal conductivity of the material und Kühleinrichtungen benutzt werden. *° . . der Keramikplatten einerseits und des Materialsand cooling devices can be used. * °. . the ceramic plates on the one hand and the material Die Erfindung betrifft insbesondere eine Thermo- ^ Rahmens andererseits bei größcrem Temperaturbatterie mit wenigstens einer in eine luftdichte Kapsel eefälie mechanische Spannungen aus, die sogar zu eingebauten Kette von durch Metallbriicken elek- j».^ Zerstörung in der Kapsel führen können, trisch in Reihe geschalteten Thermoelementschenkeln E& is( daner Aufgabe der Erfindung, die Thermo-The invention particularly relates to a thermal ^ frame on the other hand at größcrem temperature battery with at least one may in an airtight capsule Faeli e mechanical stresses ee, which trouble even built chain of ^ by Metallbriicken elec- j. "Cerium lead in the capsule trisch series-connected thermocouple legs E & is (the object of the invention is to aus Hailbleiterstoffen mit Elektronen- und Löcher- »5 ba(teric ^r eingangs genannten Art dahingehend zu leitung, bei der die Kapsel aus elektrisch isolierendem verbessern, daß die Kapsel einfacher gefertigt wer-Material besteht und unmittelbar an den Kontakt- den kann Jn^ dadurch gleichzeitig die Betriebssicherbrücken anliegt. nejt erhöht wird, ohne daß der Wirkungsgrad derto lead to the effect of Hailbleiterstoffen with electron and hole- "5 ba (TERIC ^ r initially mentioned type in which the capsule is made of electrically insulating ver better that the capsule easier manufactured who-material and directly at the contact can be the J n ^ as a result, the operational safety bridges are applied at the same time. ne j t is increased without the efficiency of the Thermobatterien sind allgemein bekannt. Als Thermobatterie eine Einbuße erleidet, unmittelbare Wandlerelemente dieser Thermobatte- 30 Djese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gerien dienen eine oder mehrere Ketten aus in Reihe lös( daß dje Kapsel aus einer elektrisch isolierenden, geschalteten und durch Metallbriicken verbundenen, wärmeleitenden Folie besteht.Thermal batteries are well known. As a thermal battery suffers a loss, direct converter elements of this Thermobatte- 30 Djese object is according to the invention is characterized Algeria show serve one or more chains of series lös (DJE capsule that consists of an electrically insulating, switched and connected by Metallbriicken thermally conductive film. abwechselnd angeordneten Thermoelemcntschen- Vorteilhafterweise kommt also die erfindungs-alternately arranged thermal elements- advantageously, the invention keln, die aus Halbleiterstoffen mit Elektronen- und „emäße Thermobatterie mit einem einzigen Werk-Löcherleitung gebildet werden. Um die Thermo- 35 |{off närn]ich dem Folienwerkstoff, für die luftdichte elementschenkel der Thermobatterie vor äußeren Kapsel aus, weshalb auch thermisch bedingte Einflüssen und Alterung zu schützen und ihre mechanische Spannungen nicht auftreten, was die Lebensdauer zu erhöhen, baut man sie in eine luft- Betriebssicherheit beträchtlich erhöht. Die Verwendichte Metallkapsel ein. dung der Folie vereinfacht auch den Aufbau derangles, which are formed from semiconductor materials with electronic and "em ate thermal battery with a single factory-hole conduction. To the thermo- 35 | {off närn] i c h the film material, for the airtight element legs of the thermal battery from the outer capsule, which is why thermal influences and aging are to be protected and their mechanical stresses do not occur, which increases the service life. Operational safety increased considerably. The used metal capsule. The formation of the film also simplifies the structure of the Die luftdichte Kapsel der Thermobatterie wird *° Kapsel. Hinzu kommt, daß die die Kapsel bildende gewöhnlich aus Stahl gefertigt. Zur thermischen poiic jm Gegensatz zu den bekannten Keramikplatten Kopplung der Batterie und der Metallkapsel sowie aus ^τ dünnem Material hergestellt werden kann, zur elektrischen Isolierung der Brücken von der ^ daß „,r ein guter Wärmeaustausch von den einKapsel werden elektrisch isolierende Thermokontakt- ze)nen Brücken über die Folie in Richtung senkrecht übergänge (z. B. aus Keramik, Harz, Lacken usw.) 45 m jnr mit der Umgebung stattfinden kann, jedoch verwendet. Mit diesen Wärmekontaktstoffen werden ein Wärmetransport in Richtung der Folie, insbesonan einer Seite die Brücken der Thermoelement- dere von der heißen zur kalten Seite der Kapsel schenkel überzogen, und an der anderen Seite bilden praktisch unterbunden ist. da eben wegen des kleinen sie einen Wärmeübergang mit der Innenfläche der Querschnitts der Wärmewiderstand in Foliennchtung Kapsel. 5° sehr hoch ist. Auf diese Weise wird auch ein hoherThe airtight capsule of the thermal battery becomes the * ° capsule. In addition, the capsule forming the capsule is usually made of steel. Can be prepared for the thermal p o i ic j m contrast to the known ceramic plates coupling the battery and the metal capsule and from ^ τ thin material, for electrically insulating the bridges from the ^ da "ß, r a good heat transfer from the encapsulation are electrically insulating thermo-contact ze) NEN bridges over the film in the direction perpendicular transitions (z. B. ceramic, resin, varnishes, etc.) 45 m j nr with the surroundings can take place, however, be used. With these heat contact materials, a heat transfer in the direction of the film, in particular the bridges of the thermocouple on one side from the hot to the cold side of the capsule legs, and on the other side is practically prevented from forming. because precisely because of the small size they have a heat transfer with the inner surface of the cross-section of the thermal resistance in Foliennchtung capsule. 5 ° is very high. That way it gets a high too Die Abdichtung der Kapsel ist zum Schutz vor Wirkungsgrad der erfindungsgemaßen Thermobatte-Staub, Feuchtigkeit, verschiedenen Verunreinigungen rie erzielt.The sealing of the capsule is to protect against the efficiency of the inventive thermobatte dust, Moisture, various impurities rie achieved. usw. und somit zum stabilen Betrieb der thermo- Nachstehend wird die Erfindung an Hand der ausetc. and thus for the stable operation of the thermo- The invention will now be based on the from elektrischen Einrichtungen notwendig. einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung mit demelectrical facilities necessary. a single figure with the Diese bekannten thennoelektrischen Einrichtun- 55 Prinzipschema eines Ausfuhrungsbeispiels der ernneen weisen aber wesentliche Mangel auf. dungsgemäßen Thermobatterie naher erläutertThese known thennoelectric devices are basic diagram of an exemplary embodiment of the ernneen but have significant shortcomings. proper thermal battery explained in more detail Da die Kapsel aus einem Werkstoff mit hoher Die gezeigte Thermobattene stellt eine Kette ab-Since the capsule is made of a material with high The thermal battery shown represents a chain Warmekitfahigkeit (aus Metall) gefertigt wird, führt wechselnd angeordneter Thermoelementschenkel 1 Sumstondzueinem bedeutenden Wärmcverlust und 2 aus Halbleiterstoffen mit Elektronen- bzw. Sap^und somit zu einem geringeren Wirkungs- 60 Löcherleitung dar. Die einen verschiedener,Le.-grad Ε Umw^ungsvorgangs in der Thermo- tungsmechamsmus £~*£Jtt^ Warmekitfahigkeit is fabricated (metal), alternately arranged thermocouple legs leads is 1 Sumstondzueinem significant Wärmcverlust and 2 of semiconductor material with electron or Sap ^ and thus to a lower Wirkungs- 60 hole conduction. The a different, Le.-grad Ε Env ^ ungsvorgangs in the Thermotungsmechamsmus £ ~ * £ Jtt ^
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