DE59693C

DE59693C - Thermo-elektrische Säule

Info

Publication number: DE59693C
Application number: DENDAT59693D
Authority: DE
Original assignee: R. J. GÜLCHER in Berlin W., Kurfürstendamm 118
Anticipated expiration: 1910-10-12

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

R. J. GULCHER in BERLIN. Thermo-elektrische Säule.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 12. October 1890 ab.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, bei der unmittelbaren Umwandlung von Wärme in Elektricität mittelst thermo-elektrischer Säulen eine höhere Nutzleistung zu erzielen als bisher. Dieser Zweck wird dadurch erreicht, dafs man bei den um einen gemeinschaftlichen Heizraum angeordneten oder selbst einen solchen bildenden Reihen thermo-elektrischer Elemente den inneren Widerstand derselben genau in dem Verhältnifs kleiner macht, als die elektromotorische Kraft mit der Temperatur des Heizraumes in den von der Wärmequelle weiter entfernten Lagen abnimmt.

Wenn sämmtliche Elemente einer thermoelektrischen Säule in gleich grofsen Abmessungen und aus denselben Stoffen ausgeführt werden, so müssen die inneren Widerstände der einzelnen Elementenreihen, welche zu einer Säule aufgebaut sind, alle gleich grofs oder nahezu gleich grofs sein. Da sich aber diese Elementenreihen in verschiedenen Entfernungen von der Wärmequelle befinden und die Wärme des Heizraumes von einer bestimmten Entfernung ab stetig abnimmt, so mufs auch die elektromotorische Kraft der Reihen allmälig eine geringere werden, in je weiterer Entfernung sie von der Wärmequelle angebracht sind. Werden nun die Elementenreihen mit einander verbunden (d.i. hinter einander geschaltet, denn die Parallelschaltung ist wegen der ungleichen elektromotorischen Kräfte ohnedies ausgeschlossen), so addiren sich allerdings die elektromotorischen Kräfte derselben. Aber mit jeder hinzugefügten Reihe wächst der innere Widerstand um eine gleiche Gröfse, während die inzukommenden elektromotorischen Kräfte immer kleiner werden. Da nun die gesammte Nutzleistung der Säule gleich ist dem Quadrat der elektromotorischen Kraft derselben dividirt durch ihren vierfachen inneren Widerstand

—ΪΪ7-), so folgt hieraus, dafs die Leistung . 4 WJ.

der Säule durch Vergrößerung der Anzahl von Elementenreihen nur bis zu einer bestimmten Entfernung von der Wärmequelle wachsen kann und dann durch noch weiteres Aufbauen von Elementenreihen wieder fallen mufs, weil der innere Widerstand der .Säule unverhältnifsmäfsig zunimmt. Durch einfache Rechnung läfst sich sogar zeigen, dafs von einer bestimmten Entfernung von der Wärmequelle ab die Nutzleistung der ganzen Säule kleiner wird als die der ersten Elementenreihe, so dafs also schliefslich durch die Vergrößerung der Anzahl von Elementenreihen der Nutzeffect der Säule verringert, anstatt vergröfsert wird. Ganz anders verhält es sich aber, wenn man dafür Sorge trägt, dafs in jeder Reihe das Verhältnifs des inneren Widerstandes zu der elektromotorischen. Kraft, welche diese Reihe in Bezug auf ihre Entfernung von der Wärmequelle giebt, ein stetes bleibt. Sei z. B. in der ersten Elementenreihe die elektromotorische Kraft gleich E und der innere Widerstand gleich W, und sei die elektromotorische Kraft in der zweiten Reihe nur

E W

—, so soll auch ihr innerer Widerstand nur —

2 ' ■ . 2

betragen. Bei einer Reihe mit der elektro-

motorischen Kraft von — betrage ihr innerer

Widerstand auch nur

u. s. f. Werden

nun diese Reihen mit einander verbunden, indem man sie hinter einander schaltet, so wächst die Nutzleistung mit jeder hinzugefügten Reihe beständig, wenn auch schliefslich in den weitesten Entfernungen von der Wärmequelle, wo die Wärme des Heizraumes nur noch eine geringe ist, auch nur um eine kleine Gröfse. Es kann daher der Fall nicht mehr eintreten, dafs die Nutzleistung der Säule durch die Vergröfserung der Anzahl von Elementenreihen verringert wird; vielmehr wird dieselbe nun in jedem Falle erhöht. Hierdurch kann die Wärme des Heizraumes bis auf das Aeufserste ausgenutzt werden.

Die praktische Ausführung dieser Bedingung bietet keine besonderen Schwierigkeiten. Nachdem man die für den betreffenden Zweck erforderlichen Abmessungen und die Anzahl der Elemente für die erste (der Wärmequelle zunächst liegende) Reihe bestimmt hat, läfst sich die genannte Bedingung für die folgenden Reihen beispielsweise dadurch erfüllen, dafs man unter Beibehaltung derselben Anzahl von Elementen entweder die Querschnitte der einzelnen Elemente vergröfsert, indem man die Elemente z. B. entsprechend höher macht, oder auch dadurch, dafs man die Länge der Elemente entsprechend verkürzt. Schliefslich kann man die Bedingung auch dadurch erfüllen, dafs man in den von der Wärmequelle entfernten Lagen, wo die Wärme genügend abgenommen hat, zur Herstellung der Elemente eine solche Legirung von niedrigem Schmelzpunkt anwendet, welche eine verhältnifsmäfsig höhere elektromotorische Kraft erzeugt, als die in den unteren Lagen angewendeten Legirungen oder Metalle von höherem Schmelzpunkt, und welche infolge dessen gestattet, die Anzahl der Elemente in einer Reihe, somit ihren inneren Widerstand entsprechend zu verringern.

Auf der beiliegenden Zeichnung stellt die Fig. ι den Längsschnitt einer thermo-elektrischen Säule dar, welche nach den Bedingungen der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. a a ist der gemeinschaftliche Heizraum, um welchen die radförmigen Elementenreihen b₁ i>₂ b_s u. s. w. hier beispielsweise über einander angeordnet sind. Die zu erwärmenden Verbindungsstellen c c der einzelnen Elemente bilden selbst die innere Wandung des Heizraumes. Die einzelnen Elemente sowohl, als auch die Elementenreihen sind in geeigneter Weise durch eine gleichzeitig die Wärme schlecht leitende Masse ee (z.B. durch ein Gemenge von Kieselguhr und Asbest) von einander isolirt. Die Kühlung der Löthstellen dd wird durch mit denselben verlöthete Kupferbänder ff bewirkt, welche mittelst Drähte an Reifen g g aus isolirendem Stoff (Hartgummi, paraffinirtes Holz u. dergl.) befestigt sind.

Das Verhältnifs des inneren Widerstandes zu der elektromotorischen Kraft ist in jeder Elementenreihe dadurch stetig gemacht, dafs die Abmessungen der einzelnen Elemente nur so weit gleich grofs sind, als die Wärme im Heizraum eine gleich hohe ist (b_x bis bj. Von der Stelle ab, wo die Wärme abnimmt, nehmen die Querschnitte der Elemente "allmälig zu, indem sie (unter Beibehaltung der übrigen Abmessungen) entsprechend höher gemacht worden sind (b₇ bis ^₁₂).

Der Heizraum α α wird durch die Bunsen-Flamme / von hohler, cylindrischer Form erwärmt und erhält durch dieselbe auf eine ziemlich lange Strecke b₁ bis b₆ einen stetigen hohen Wärmegrad. Selbstverständlich kann aber eine solche Thermosäule, anstatt durch eine Gasflamme, auch durch andere geeignete Heizmittel (wie z. B. durch eine Petroleumflamme, durch Koksheizung u. s. w.) betrieben werden.

Die hier beispielsweise über einander aufgebauten Elementenreihen ruhen auf einem entsprechenden Gestell, welches mit dem Gasbrenner i k auf einer gemeinschaftlichen Grundplatte ο ο befestigt ist. Ueber den Reifen g der obersten Elementenreihe ist ein kegelförmiger, in einen Rohrstutzen auslaufender Blechhut hh aufgesetzt, welcher in geeigneter Weise mit einem Schornstein verbunden werden kann, um die Kühlbänder// einem lebhaften Luftzuge auszusetzen.

Der Blechaufsatz h h ist mit Lappen versehen, welche mittelst Schrauben η η mit entsprechenden Lappen am unteren Gestell verbunden sind. Hierdurch ist der ganzen Säule genügende Festigkeit gegeben.

Fig. 2 stellt eine einzelne Elementenreihe im Querschnitt dar. c c sind die zu erwärmenden Verbindungsstellen oder Zwischenstücke, welche aus gut leitendem Metall (z. B. Kupfer) bestehen. An einer Seite derselben sind die positiven Elektroden ρ ρ (ζ. B. aus Nickelblech) hart angelöthet, während an diesen Zwischenstücken die negativen Elektroden b b (z. B. aus einer Legirung von Antimonzink) in entsprechenden Aushöhlungen eingegossen oder sonstwie befestigt und leitend angeschlossen sind. Die einzelnen Elemente, welche an ihren Verbindungsstellen c c dicht neben einander liegen, werden durch dünne Glimmerstreifen q q von einander isolirt. Der übrige freie Raum zwischen den Elementen ist mit der isolirenden Wärmeschutzmasse ee angefüllt, mit welcher die Elemente auch von oben und unten bekleidet sind. Von den kupfernen Kühlbändern ff kommen je zwei auf ein Element, wodurch eine gute Kühlung der äufseren Löthstellen d d bewirkt wird, g g ist der Reifen aus Hartgummi oder dergleichen, an welchem die Kühlbänder befestigt sind.

Die Zeichnung stellt sämmtliche Elemente hinter einander geschaltet dar; es können aber auch je nach Erfordernifs alle Elemente oder Gruppen derselben parallel geschaltet werden. Die Schaltungsweise der Elemente in der einen Reihe bedingt jedoch (bei derselben Säule) auch diejenige in den übrigen Reihen. Die Reihen selbst müssen aber aus den bereits oben angegebenen Gründen stets nur hinter einander geschaltet werden. Allenfalls können mehrere Elementenreihen zu Gruppen von gleich hoher elektromotorischer Kraft vereinigt und diese Gruppen dann parallel geschaltet werden. Die Elemente sind nach der Zeichnung aus vollen, stabförmigen Elektroden gebildet; die letzteren können aber auch beliebige andere Formen haben, beispielsweise auch aus Hohlkörpern nach dem D. R. P. No. 44146 bestehen.

Claims

Patent-Anspruch:

Bei thermo-elektrischen Säulen die Ausführung der um einen gemeinschaftlichen Heizraum angeordneten oder selbst einen solchen bildenden Elementenreihen in der.Weise, dafs man den inneren Widerstand derselben in dem Mafse kleiner macht, als die elektromotorische Kraft mit der Temperatur des gemeinschaftlichen Heizraumes an den von der Wärmequelle weiter entfernten Stellen abnimmt, d. h. dafs man das Verhältnifs des inneren Widerstandes zu der elektromotorischen Kraft in jeder Elementenreihe constant macht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.