DE653017C - Rohrfoermige, aus durch Isolierschichten getrennten Ringscheiben zusammengesetzte Thermosaeule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Thermosäulen, die aus einer Vielzahl von übereinanderliegenden Ringscheiben zusammengesetzt sind, die abwechselnd aus dem einen und dem anderen Kontaktmetall bestehen und die zusätzlich durch eine Spannvorrichtung zusammengehalten werden. Die vollständige Thermosäule bildet dann ein Rohr, das entweder auf der Innenseite von einem Heizmittel und auf der Außenseite von einem Kühlmittel bespült wird oder umgekehrt.

Um bei derartigen Thermosäulen unmittelbare Wärmeverluste zu verhindern, die zur Stromerzeugung aufgewendeten Wärmemengen vollständig ihrem Zweck nutzbar zu machen, die Haltbarkeit zu erhöhen und ein Eindringen des Heiz- und Kühlmittels zwischen die Ringscheiben zu verhindern, sind Bedingungen zu erfüllen, die bei den bekannten Thermosäulen nicht oder nur unvollständig und teilweise erfüllt sind.

Unmittelbare Wärmeverluste entstehen u. a. durch Strahlung. Die Wärmezu- und -abführung ist daher so zu gestalten, daß nur die der Stromerzeugung nutzbar gemachte Wärme abfließen kann. Der Wärmefluß ist ferner so zu führen, daß ein Übergang der Heizmittelwärme auf die Kontaktmetalle und der durch diese geflossenen Wärme auf das Kühlmittel nur in unmittelbarer Nähe der Kontaktstellen stattfinden kann und ein Austausch von Wärme außerhalb dieser Stellen verhindert wird. Die Form der Kontaktmetallscheiben und ihre Verbindung muß ferner derart gewählt sein, daß die Heiz- und Kühlmittel nicht zwischen die Ringe eindringen und zu Zerstörung und Wärme- und Stromverlusten führen können.

Bei bekannten, aus Ringscheiben zusammengesetzten Thermosäulen sind z. B. die heißen und kalten Kontaktstellen nur durch kurze, quer zur Wärmeflußrichtung liegende Abschnitte der Metallscheiben getrennt, während die Kontaktstellen selbst sich bis fast zur Mitte der Ringfläche der Scheibe erstrecken. Es ist nun festgestellt, daß bei Thermoelementen mit derartig verlängerter seitlicher Kontaktfläche die wirksame Erregerstelle sich nicht an dem verbundenen Endpunkt der Metalle befindet, sondern an dem ersten Berührungspunkt der unterschiedlichen Metalle und somit im kürzesten Stromweg. Hierdurch ergibt sich, daß bei Betrieb der bekannten Säule durch Heiz- und Kühlbäder eine Reihe gleichartiger Erregerstellen, die nur erhitzt werden sollen, gleichzeitig der Kühlwirkung voll unterliegt, deren Folge schädliche Gegenströme sind. Abgesehen von unmittelbaren Wärmeverlusten, die der Stromerzeugung verlorengehen, vermindern die Sekundär ströme die nutzbare Gesamtleistung. Bei Thermosäulen, die aus Ringscheiben mit einseitig angeordneten Kühlansätzen zusammengesetzt sind, ist eine ungleichmäßige Wärmeverteilung an den im übrigen ringförmigen heißen Kontaktstellen vorhanden.

Auch treten hierbei Strahlungsverluste auf, weil die stromleifende Verbindung zwischen heißer und kalter Kontaktstelle nicht wärmeisoliert ist. Außerdem liegen die kalten Kontaktstellen hinter den im Kühlbad liegenden Kühlansätzen.

Andere bekannte Thermosäulen bestehen

aus~ ringförmigen, gegeneinander isolierten Metallscheiben, wobei jedoch die Erwärmung

ίο an einer schmalen Fläche .des äußeren Umfanges und die Kühlung ebenfalls nur an schmalen Ansätzen am Umfang stattfindet.

Hierbei ist die Wärmeleitung mangelhaft

. und die Wärmestrahlung am übrigen Umfang des aus den Metallscheiben gebildeten Rohres groß.

Bei aus band- oder drahtförmigen Elementen zusammengesetzten Thermobatterien ist es zwar bekannt, die Metallbänder oder -drähte durch Zwischenstücke aus Kupfer zu verbinden. Die Erfindung betrifft jedoch solche Thermobatterien nicht. Auch wird bei dieser noch eine andere Wirkung erzeugt, die sich aus der Form rohrförmiger Thermosäulen ergibt. Erfmdungsgemäß befinden sich bei der aus einer Vielzahl von übereinanderliegenden, durch eine Isolierschicht voneinander getrennten Ringscheiben unterschiedlicher Kontaktraetalle zu einem Rohr zusammengesetzten Thermosäule die ringförmigen Kontaktstellen nur in unmittelbarer Nähe des gesamten inneren und äußeren Umfanges der Schei- ^; ben, während die zwischen den Kontaktstellen befindlichen Oberfiächenteile der Scheiben von einer gegen Strom- und Wärmedurchgang isolierenden, den Raum zwischen den Scheiben ausfüllenden Schicht vollständig bedeckt sind. Dadurch wird eine gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung der ganzen Kontaktstellen erreicht, ferner ein gleichmäßiger Wärmefluß von außen nach innen oder von innen nach außen durch die zu einem rohrförmigen Körper zusammengestellten Kontaktmetalle. Des weiteren erfolgt der Wärmefluß nur in gleicher oder entgegengesetzter Richtung mit dem Stromfluß, nicht aber in senkrechter öder abweichender Richtung, und endlich treten keine Wärmeverluste durch Abkühlung zwischen den heißen und kalten Kontaktstellen auf.

Die besondere Form der Scheiben aus den Kontaktmetallen ermöglicht eine-einfache und billige Herstellung und einen dichten Abschluß der zusammengesetzten Thermosäule gegen das Eindringen der Heiz- und Kühlmittel zwischen die Metallscheiben und in die entgegengesetzte Zone. Der Zusammenbau ist ebenfalls einfach durchzuführen, und es besteht eine gewisse Nachgiebigkeit innerhalb der zusammengesetzten Thermosäule, die die Spannungen, welche infolge der Erwärmung und Abkühlung auftreten, ausgleicht, so daß die Gefahr des Undichtwerdens vermieden wird. Der Erfolg wird dadurch erzielt, daß die Ränder der Kontaktmetallscheiben wink-Hg abgebogen sind, derart, daß die auf den mittleren Flächen der Scheiben liegenden Isolierschichten an den Rändern der Scheiben abwechselnd innen und außen überbrückt sind. Während das Eindringen von Heiz- und Kühlmittel an den nicht überbrückten Stellen durch die von den Kontaktmetallscheiben auf die Isolierschicht erzeugte nachgiebige Pressung verhindert wird, die zweckmäßig durch eine Spannvorrichtung verstärkt werden kann.

Die Überbrückung kann auch dadurch ererreicht werden, daß auf den inneren und ■ äußeren Rändern der Kontaktmetallscheiben konzentrische Ringe aus gut wärmeleitendem Metall, z. B. Kupfer, angebracht sind, die je zwei übereinanderliegende Scheiben verbinden. Die Ränder der Scheiben brauchen in diesem Fall nicht winklig abgebogen zu sein, weil die Ringe die zwischen den Scheiben liegende Isolierschicht überbrücken. Es wird durch diese -Maßnahme, die bisher bei rohrförmigen Thermosäulen unbekannt war, eine bessere Ableitung und. Zuleitung der Wärme von den Kontaktmetallen erreicht, während außex"dem die auf die Scheiben gesetzten Ringe eine Abdichtung gegen das Innere herbeizuführen vermögen. Endlich wird ein erhöhter thermoelektrische!· Effekt dadurch erzielt, daß je zwei übereinanderliegende Kontaktmetallscheiben eine ihrer Wärmeleitfähigkeit entsprechende unterschiedliche Stärke und einen ihrer elektrischen Leitfähigkeit entsprechenden unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Durch den auftretenden gleichmäßigen Wärme- und Stromfluß in beiden Scheiben werden ungleichmäßige Spannungen vermieden, da die der elektrischen und der Wärmeleitfähigkeit entsprechend gewählten Stärken und Durchmesser die Unterschiede der beiden Kontaktmetalle ausgleichen. Die Kontaktmetallscheiben der verschiedenen Metalle erhalten also 'erstens verschiedenen Querschnitt, und zweitens sind die Durchmesser des Ringrandes der Scheiben ver- schieden und werden durch Metallscheiben höherer Leitfähigkeit ergänzt.

Die Kontaktstellen können durch jede Art von metallischer Verbindung, z. B. durch Lötung, Falzung, Verschraubung, Spritzen u. dgl., gebildet werden.

Auf der Zeichnung sind, mehrere Ausfüh- > rungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung wiedergegeben.

Fig. ι zeigt im Längsschnitt einen Abschnitt der Thermosäule in der einen Ausführungsform.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht und ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform im Längsschnitt.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht und ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform im Längsschnitt.

Fig. 6 ist eine Seitenansicht und ein Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5.

Fig. 7 gibt eine vierte Ausführungsform im Längsschnitt wieder.

Fig. 8 ist eine Seitenansicht und ein Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
In allen Figuren ist das eine Kontaktmetali mit a, das andere Kontaktmetall mit b und das Isoliermittel mit c bezeichnet. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind die Kontaktmetallscheiben an einem Ende winklig abgebogen und sowohl an der Stirnseite des nicht abgebogenen Endes wie an der Innenseite des abgebogenen Schenkels mit Gewinde versehen. Die Scheiben sind in der Weise zusammengesetzt, daß jeweils eine Scheibe des einen Kontaktmetalles auf das Gewinde des anderen Kontaktmetalles aufgeschraubt ist. Die Verschraubungsstellen bilden hierbei die Kontaktstellen. Zwischen den Scheiben liegt eine Isolierschicht c, die an den freiliegenden Stellen innen und außen nicht ganz bis zum Gewinde heranreicht. Der Wärmefluß ist mit ausgezogenen Pfeilen angedeutet, der elektrische Stromfluß mit strichpunktierten Pfeilen.

- Für die Wirkungsweise ergibt sich, daß die Wärme in der für die Stromerzeugung günstigen Weise nur gleicher oder entgegengesetzter Richtung zum Stromfluß und in den Verbindungsebenen der Kontaktstellen fließen kann. Ein Ausgleich schräg oder quer zu ,dieser Richtung ist nicht möglich wegen der eingelegten Isolierschicht. Der Temperaturausgleich kann also nur über die Kontaktstellen und in der gewünschten Richtung erfolgen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist die Wirkungsweise im wesentlichen die gleiche. Hierbei ist die Scheibe des Kontaktmetalles b von größerem Umfang als die Scheibe des Kontaktmetalles a, und zwar zum Ausgleich des verschiedenen spezifischen Wärmeleitvermögens.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 besitzen die Scheiben der Kontaktmetalle α und b sowie auch des Isoliermaterials gleichen inneren und äußeren Durchmesser. Je zwei Kontaktmetallscheiben mit einer zwischenliegenden Isoliermaterialscheibe sind wechselweise außen und innen durch Ringe aus gut wärmeleitendem Metall zusammengehalten.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 ist eine ähnliche Anordnung getroffen wie nach den Fig. 5 und 6 mit' dem Unterschied, daß die Kontaktmetall scheiben verschiedenen Durchmesser aufweisen, um die Unterschiede des spezifischen Wärmeleitvermögens auszugleichen.

Gleichzeitig mit dem Ausgleich -des spezifischen Wärmeleitvermögens kann auch auf das spezifische elektrische Leitvermögen bei der Wahl des Durchmessers der Kontaktmetallscheiben Rücksicht genommen werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Aus einer Vielzahl von übereinanderliegenden, durch eine Isolierschicht getrennten Ringscheiben unterschiedlicher Kontaktmetalle zu einem rohrförmigen Körper zusammengesetzte Thermosäuk, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ringförmigen Kontaktstellen nur in unmittelbarer Nähe des gesamten inneren und äußeren Umfanges der Scheiben befinden, während die zwischen den Kontaktstellen befindlichen Oberflächenteile der Scheiben von einer gegen Strom- und Wärmedurchgang isolierenden, den Raum zwischen den Scheiben ausfüllenden Schicht vollständig bedeckt sind.
2. 2. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Kontaktmetallscheiben winklig abgebogen sind, derart, daß die auf den mittleren Flächen der Ringe liegende Isolierschicht an den Rändern der Scheiben abwechselnd innen und außen überbrückt wird.
3. 3. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den inneren und äußeren Rändern der Kontaktmetallscheiben konzentrische Ringe aus gut wärmeleitendem Metall, z. B. Kupfer, angebracht sind, die je zwei übereinanderliegende Scheiben verbinden.
4. 4. Thermosäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei übereinanderliegende Kontaktmetallscheiben verschiedener Metalle ihrer Wärmeleitfähigkeit entsprechend unterschiedliche Stärken und ihrer elektrischen Leitfähigkeit entsprechend verschiedenen Scheibendurchmesser aufweisen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen