DE6605931U - THERMOELECTRIC GENERATOR - Google Patents
THERMOELECTRIC GENERATORInfo
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Description
«.π. vj I I Ji. I - J. / . (J/«.Π. vj II Ji. I - J. /. (J /
HeatHeat
.54/67 Sta-wy.54 / 67 Sta-wy
Aktiengesellschaft Brown, Boveri * Cie., Baden (Schweiz)Aktiengesellschaft Brown, Boveri * Cie., Baden (Switzerland)
Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator mit thermoelektrischen Elementen mit je zwei zylindrisehen, paräV IeI angeordneten halbieitenden Thermoeiementschenkeln, deren planparallele Bndflächen an den kalten Schenkelenden je mit einem Stromschuh verlötet und an den beissen Schenkelenden über Druckkontakte und eine elektrisch leitende Brüpke miteinander verbunden sind.The invention relates to a thermoelectric generator with thermoelectric elements, each with two cylindric views, paräV IeI arranged semiconducting thermocouple legs, whose plane-parallel band surfaces at the cold leg ends each with soldered to a power shoe and over the bite ends of the legs Pressure contacts and an electrically conductive bridge with each other are connected.
Durch die Verwendung von entsprechend dotierten Halbleitern als Thermoelement-Schenkel, haben thermoelektrische Generatoren bei der Lösung spezieller Stromversorgungsprobleme in den letzten Jahren erstmals grössere Bedeutung erlangt. Aus den besonderenBy using appropriately doped semiconductors as thermocouple legs, thermoelectric generators have in solving specific power supply problems has for the first time gained greater importance in recent years. From the special
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Materialeigenschaften der dabei verwendeten Halbleiter ergeben sieb, jedoch besondere, teilweise einander widersprechende Erfordernisse für die Konstruktion. So weisen diese Halbleiter im allgamöinftn eine stark nichtlineare thermische Ausdehnung auf, die ihre Kontaktierung erschwert. Weitere Probleme entstehen durch die meist hohe Oxydationsfähigkeit dieser Halbleiter und durch den Mascentransport, der bei Temperaturgefälle durch die ungebende Atmosphäre auftritt.Material properties of the semiconductors used for this result sieve, but special, partly contradicting one another Requirements for construction. In general, these semiconductors have a strongly non-linear thermal expansion that makes it difficult to contact them. Further problems arise from the usually high oxidizing capacity of these semiconductors and by mass transport, which occurs with temperature gradients occurs due to the non-existent atmosphere.
Bei einigen bekannten thermoelektrischen Generatoren, wie z.B. bsi denen gemäss der franz. Patentschrift 1.389.896Äerfolgt die Herstellung eines gleichbleibend guten Kontaktes zwischen den heissen Enden der Thermoelementschenkel eines Thermoelementes und der Brücke, die diese heissen Enden miteinander verbindet mithilfe von Druckkontakten, wobei der dazu nb'tigeIn some known thermoelectric generators, such as those according to the French. In patent specification 1,389,896 Ä , a consistently good contact is established between the hot ends of the thermocouple legs of a thermocouple and the bridge that connects these hot ends with one another with the help of pressure contacts, the necessary for this
Gehäuse untergebracht ist. Diese Lösung ist relativ teuer, und hat überdies den fiachteil, dass bei einem Zusammenschalten von. mehreren Elementen su einem Generator verhältnis^ässig viel Platz beansprucht wird.Housing is housed. This solution is relatively expensive, and also has the disadvantage that when. a relatively large number of elements in one generator Space is claimed.
Das Ziel der Erfindung ist ein thermoelektrischer Generator, der diese Fachteile nicht aufweist und der durch eine besonders einfache und billige Konstruktion einen sicheren Abschluss derThe aim of the invention is a thermoelectric generator, which does not have these specialist parts and which, thanks to a particularly simple and inexpensive construction, provides a secure end to the
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Thermoelementschenkel gegen die codierende Atmospähre gewährleistet und ausserdem im Z usammenh&ng mit einer geeigneten thermischen Isolation den Halbleiter - Massentransport weitgehend verhindert.Thermocouple legs guaranteed against the coding atmosphere and also, in connection with a suitable thermal insulation, the semiconductor mass transport largely prevented.
Der thermoelektrische Generator gemäss.d«r Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf jeden Thermoelementschenkel ein thermisch und elektrisch isolierendes Rohr aufgeschoben ist> das seinerseits von einem metallischen Schutzrohr umhüllt ist* welches mit einem Side mit d«r Brück«-, insbesondere durch Lotung, gasdicht verbunden ist, -wobei zwischen aeinea anderes Ende vail lern Stromschuh ein Spalt besteht, der durch eine plastisch verformbare-, thermisch und elektrisch isolierendeThe thermoelectric generator according to the invention is characterized in that a thermally and electrically insulating tube is pushed onto each thermocouple leg, which in turn is encased by a metallic protective tube with a side with the bridge, in particular by soldering , is connected in a gas-tight manner, -which there is a gap between each other end vail learning current shoe, which is thermally and electrically insulating by a plastically deformable
: Abdiehisässe ausgefüllt ist.: Abdiehisaß is filled out.
Dis Erfindung ndjed anVmnfi der iriguren bsispielsifsis^ erläutertThe invention is explained by an example of the iriguren example
Fig. 1 zeigt ein zum Aufbau des thermoelektrisehen Generators dienendes Element im Schnitt« Zwei zylindrische, parallel angeordnete Thermoelementschenkel 1 und 2 aus ρ bzw« η leitenden Bleitellurid sind an ihren kalten Enden 3 je alt Xontaktplatten 4 hart verlötet, die ihrerseits ebenfalls durch Haxtlötung mit versilberten Stromschuhen 5 verbunden sind« Zur Yerbinching der heissaa Enden. 6 &gv Thermoelementschenkel dient eine1 shows an element used to build the thermoelectric generator in section. Two cylindrical, parallel thermocouple legs 1 and 2 made of ρ or η conductive lead telluride are hard-soldered at their cold ends 3 depending on the age of contact plates 4, which in turn are also brazed with axles Silver-plated power shoes 5 are connected to the yerbinching of the hot ends. 6 & gv thermocouple leg serves a
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Brücke 7t die aus einer !Deckplatte 8, einer Zentrlerplatte 9 und zwei Kontaktstücken 10 besteht. Bei der Herstellung der Brücke 7 werden die Kontaktstücke 10 sunächst mit den Platten 8 ^ und 9 verlötet und die Kontaktflächen gemeinsam plangeschliffen. An die Brücke 7 werden schliesalich die Schutzrohre U angelötet. Die Platten 8 und 9« sowie die Schutzrohre 11 bestehen aus einem korrosionsfestem Stahl. Zur Herstellung der Sontaktstücke TO verwendet man Bisen oder eine chroafraie Stahlsorte. Auf diese Weise wird vermieden, dass durch oberflächige Bildung von Chromoxyd die Güte des elektrischen Kontaktes vermindert wird.Bridge 7t consisting of a cover plate 8, a centering plate 9 and two contact pieces 10. In making the Bridge 7, the contact pieces 10 next to the plates 8 ^ and 9 soldered and the contact surfaces ground flat together. The protective tubes U are finally soldered to the bridge 7. The plates 8 and 9 ″ and the protective tubes 11 exist made of a corrosion-resistant steel. Bisen or a chroafraie type of steel is used to manufacture the TO contact pieces. This way it is avoided that by superficial Formation of chromium oxide reduces the quality of the electrical contact.
In diesem Zusammenhang kann als allgemeine Begel gelten, dass SS solCuv 5j»tBTi 51 1.8« fujf di? bautslEtsitucke IC verwendetIn this context, it can be regarded as a general rule that SS solCuv 5j »t BTi 51 1.8« fujf di? BautslEtsitucke IC used dürfen., deren Oxyde bei der Betriebstemperatur voa Halbleitermaterial der Thermoelementschenkel reduziert werden»may. whose oxides are reduced at the operating temperature of the semiconductor material of the thermocouple legs »
Zur elektrischen und thermischen Isolation der Ihereoeleaentschenkel Bind zwischen ihnen und den Schutsrohren U Isolier= rohre 12 eingeschoben, die gleichzeitig als Abstandhülsen dienen. Die länge dieser Isolierrohre 12 ist dabei so bemessen, dass nach der Einführung der Thermoelementschenkel zwischen den Enden der Schutztfohre 11 und den KontaktechuhenFor electrical and thermal insulation of the Ihereoeleaentschenkel Bind between them and the Schutsrohren U Isolier = tubes 12 inserted, which also serve as spacer sleeves. The length of these insulating tubes 12 is dimensioned so that after the introduction of the thermocouple legs between the ends of the Schutztfohre 11 and the contact shoes
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eine Dehungsfuge einer Breite von Q,5 bid 1 am freibleibt. Diese Dehnungsfuge irird zur Bildung eines gasdichten flexiblen Abschlusses alt Silicongummi 13 ausgefüllt. Das Spiel zwischen Therttoeleaentechenkeln 1 bzw. 2 und des Isolierrohren 12 bzw. zwischen diesen und den Schutzrohrin 11 ist möglichst kleina Dehungsfuge a width of Q, 5 1 bid remains free on. This expansion joint is filled with old silicone rubber 13 to form a gas-tight, flexible closure. The play between Therttoeleaentechenkeln 1 or 2 and the insulating tube 12 or between these and the protective tube 11 is as small as possible and boU nur die freie thermisch· Ausdehung dieser Teil* imand boU only the free thermal expansion of this part * im
Pig. 2 geigt einen therpoelektrischen Generator in dem Mehrere Thermoelement« 14 zwischen zwei Druckplatten 15 und 16 angeordnet sind, die mithilf«? &tr Bolzen 1? and der Druckfedern 18 die Thermoelemente 14 unter einer gleichmäseigen. axialen Druckspannung halten« Ia Betrieb steht die Druckpüttte. 15 mit ein^rPig. 2 geigt a thermoelectric generator in which several thermocouples 14 are arranged between two pressure plates 15 and 16, which help "? & tr bolt 1? and the compression springs 18, the thermocouples 14 under a uniform. Maintain the axial compressive stress. 15 with a ^ r geei^gneten Wärmequelle und 41e Druckplatte I^ über iiihlrippeijt 'suitable heat source and 41e pressure plate I ^ over iiihlrippeijt '
·■*'·■-'■ ■'...- >'>'■, ·"» 19 mit einem KJihlmittoi in Verbindung. !: · ■ * '· ■ -' ■ ■ '...- >'>'■ , · "» 19 in connection with a KJihlmittoi. ! :
■"■ . ■ ■ . · ' ·>*' Die Wirkungsweise der beschriebenen Änordniuag.J.et'ntm folgende. ■ "■. ■ ■. · '·>*' The mode of operation of the described Änordniuag.J.et'ntm is as follows.
Vm von dem thermoelektriechen Generator bei aEgasessenea Wir* kungsgrad elektrischen Strom enfewhrnen zu können, mim» sririschen den helssen und kalten Boden der Thermoelementschenkel eine entsprechende Temperaturdifferenz aufrechterhalten werden* die s.S. bei der Verwendung von Bleitellurid als HalbleitermaterialTo enfewhrnen Vm from the generator at thermoelektriechen aEgasessenea We * ciency electric current mim "sririschen the helssen and cold bottom of the thermocouple legs to maintain an appropriate temperature difference * SS in the use of lead telluride as the semiconductor material
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zwischen 300° - 5GO0G liegt. Die heisseu Enden der Thermoelementschenkel weisen dabei Temperaturen von 400° - 700°C und die kalten Enden, je nach Kühlungsart 150° - 200°C auf. Dabei kann z.B. durch eine Wasserkühlung leieht eine Temperatur von 150° erreicht werden, während man bei luftkühlung kaum unter 20O0G kommt* In der erfindungsgemässen Konstruktion gewährleistet die Abdichtung: der Dehnungsfuge durch den Silicongummi 13 neben einem gleichbleibend guten gasdichten Abschluss, eine thermische Ausdehnung der Thermoelementschenkel (1,2) ohne das Auftreten von wesenf -chen thermischen Spannungen und eine gute Uebertragung des Anpressdruckes auf die Kontaktstücke (10). Der Anpressdruck wird dabei genügend hoch gewählt, dass bei Betriebstemperatur an den heissen Schenkelenden ein oberflächiges Pliessen des Halbleiterrnaterials eintritt, und dadurch ein vorzüglicher elektrischer Kontakt erreicht wird. Ausserdem wird durch den Silicongummi eine gute thermische Isolierung zwischen den- kalten und heissen Stellen der Blemente erzieJLt, wodurch, unnötige Wärmeverluste vermieden werden. Durch die beson re Konstruktion wird überdies das mit dem Halbleitermaterial i* Verbindung stehende Gasvolumen sehr klein gehalten, so dass praktisch kein Massentransport des Halbleitermaterials auftritt.is between 300 ° - 5GO 0 G. The hot ends of the thermocouple legs have temperatures of 400 ° - 700 ° C and the cold ends, depending on the type of cooling, 150 ° - 200 ° C. For example, water cooling can easily reach a temperature of 150 °, while air cooling hardly ever drops below 20O 0 G the thermocouple legs (1,2) without the occurrence of significant thermal stresses and a good transfer of the contact pressure to the contact pieces (10). The contact pressure is selected to be sufficiently high that, at the operating temperature, surface pitting of the semiconductor material occurs at the hot leg ends, and excellent electrical contact is achieved as a result. In addition, the silicone rubber provides good thermal insulation between the cold and hot areas of the elements, thereby avoiding unnecessary heat losses. As a result of the special construction, the volume of gas associated with the semiconductor material is also kept very small, so that practically no mass transport of the semiconductor material occurs.
Claims (1)
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