DE873265C

DE873265C - Thermoelement

Info

Publication number: DE873265C
Application number: DEW3412A
Authority: DE
Inventors: Edmund Wolff
Original assignee: RICHARD ROESER
Current assignee: RICHARD ROESER
Priority date: 1950-08-31
Filing date: 1950-08-31
Publication date: 1953-04-13

Description

Thermoelement Thermoelektrische Stromerzeuger sind in vielseitigen Ausführungsformen, auch für die Messung von Temperaturen, bekannt. Zur Messung hoher Temperaturen bis etwa I6000 benutzt man heute vorwiegend ein Thermoelement, bei dem der eine Polschenkel aus Platin, der andere aus einer Platin-Rhodium-Legierung besteht, und das eine elektromotorische Kraft von 0,54 Millivolt bei 1000 abgibt. Praktisch werden mit diesem Platin-Rhodium-Element Temperaturen von 300 bis 16000 gemessen. Tliermoelemente aus Rhodlium und Rhodium-Rhenium ermöglichen die Messung von Temperaturen bis 19000 und Thermoelemente aus Wolfram (gegen Molybdän oder Molybdän-Wolfram-Legierung) Temperaturmessungen bis gegen 30000. Auch d;iese Thermoelemente liefern wie das P!atin-Platin-Rhodium-Element bei niedrigen Temperaturen nur eine sehr geringe thermoelektrische Energie. Die Folge davon ist, daß diese Elemente zur Messung niedriger Temperaturen, beispielsweise um etwa I00°, die Benutzung hochempfindlicher Strommeßgeräte erforderlich machen.
Es ist wohl bekannt daß ein Eisen-Konstantan-Tllermoelement bei 1000 4,3 Millivolt Thermospannung abgibt, das ist etwa das Achtfache gegenüber der Tbermospannung eines Platin-Platin-Rhodium-Elements. Auch diese thermoelektriscbe Kraft ist nur mittels hochempfindlicher Strommeßgeräte zu messen.
Diese Notwendikeit der Verwen dung teurer, hochempfindlicher elektri,scher Strommeßgeräte, die dazu noch gegen Erschütterungen sehr empfindlich sind ist der Grund dafür, daß die Thermoelektrizität in der Wärmemeßtechnik, insbesondere für Temperatuven um 100°, keine allgemeine Anwendung gefunden hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermoelement zu schaffen, welches so viel.thermoelektrische Energie liefert, daß verhältnismäßig niedrige Temperaturen mit billigen, unempfindlichen StrommeBgeräten gemessen werden können. Erfindungsgemäß sind die Verbindungsstelle bzw. die Verbindungsstellen, z. B. Lötstellen, des lvhermoelements von einem die Wärme leitenden, den Strom aber nichtleitenden Stoff umgeben. Hierdurch werden Wärnieverluste vermieden, also nahezu die gesamte verfügbare Wärme zur Erzeugung von Thermoelektrizität ausgenutzt. Der wärmeleitende Stoff kann ein stromleitender Stoff sein, der von der Verbindungsstelle durch eine lbsolierschicht getrennt ist. Letztere ist zweckmäßig auf den wärmeleitenden Stoff aufgetragen; sie kann aber auch auf die Verbindungsstelle oder sowohl auf den wärmeleitenden Stoff wie auf die Verbindungsstelle aufgetragen sein. Beispielsweise ist die Verbindungsstelle von einem die Wärme gut leitenden Stoff, z. B. Kupfer, umgeben. Sie kann aber auch von einem Metall, z. B. Aluminium, umgeben sein, das auf der Außenseite, vorzugsweise auf chemischem oder elelctrochemilschem Weg, in eine elektrisch isolierende Schicht übergeführt ist.
Wird als wärmeleitender Stoff ein Metall, z. B.
Aluminium, verwendet, so wird dessen Oberfläche, zumindest an den der Verbindungsstelle zugekehrten Stellen, auf chemischem oder elektrochemischem Weg in, eine elelçtri,sch isolierende Schicht übergeführt.
Eine aus einer Mehrzahl von Einzelelementen bestehende Batterie der erfindungsgemäßen Bauart besteht aus zwischen zwei Körpern aus wärmeleitendem Stoff angeordneten Einzelelementen, deren mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehene Verbindungsstellen in, zweckmäßig mit einer ebensolchen Schicht, ausgekleideten Ausnehmungen dies er Körper eingesetzt sind. Die Einzelelemente können zwischen den beiden Körpern auf einem Zytindermantel oder aber zwischen konzentrisch zueinanrder liegenden Ringkörpern radial oder speichenartig angeordnet sein.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele, und zwar Fig. I, Ia und Ib die einzelnen Bauteile einer thermoelektrischen Säule, Fig. in diese Säule zusammengebaut im Achsschnitt, Fig III die Säule in Ansicht bei teilweise aufgebrochenem Gehäusemantel, Fig; IV den Schnitt nach Linie a-b- zu Fig. III, Fig. V einen Ausschnitt aus der Ausführungsform der Fig. III vergrößert im Schrägriß, Fig. VI eine zweite Ausführungsform im Achsschnitt, Fig. VII eine -dritte Ausführungsform im Querschnitt, Fig. VIII den Achsschnitt zu Fig. VII.
In Fig. III stellen die dünnen Striche 1 die Piusschenkel, die dicken Striche 2 die Minusschenkel der Thermoelemente dar, die an ihren Löts,tellen 3 mit Kupferblättchen 4 oder auch Kupferröhrchen elektrisch gut leitend verbunden sind; die Blättchen 4 sind in Schlitzen 13 (Fig. V) eines unteren Ringkörpers 5 bzw. eines oberen Ringkörpers 6 fest eingepreßt und an den Sitzstellen - mit Stoffen umgeben, welche den von den Thermoelementen gelieferten elektr,ischen Strom nach den Ringkörpern 5 und 6 nicht durchtreten lassen, wohl aber den Durchtritt der Wärme aus dem Unterteil 7 ohne Dämpfung zu den Lötstellen der Thermoelemente gestatten.
Der Teil 7 trägt ein Gewinde 8 zum Einschrauben in Körper, deren Temperatur gemessen werden soll.
Die Schlitze I3, die beispielsweise rechteckig dargestellt sind, können auch rund oder profiliert sein Der Teil 7 besitzt eine Verlängerung 9, welche in das jeweilige Medium, beispielsweise Wasser, Öl oder Gase, hineinragt, um die von dem Medium abgegebene Wärme noch besser und schneller den Thermoelementen zuzuführen. Die Verlängerung 9 ist zwecks Oberflächenvergrößerung und besserer Wärmeaufnahme hohl, wie dies in Fig. II bei 10 gezeigt.
Der geschlitzte Ringkörper 6 führt die Wärme, die ihm über die Thermoelementschenkel I und 2 von dem Gewindekörper 7 zufließt, ab; er trägt einen mit Kühlrippen versehenen Kühlring II.
Die Stromabnahme von den Thermoelementschenkeln I und 2 erfolgt an Schraubenklemmen I2, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Stromabnahme sowie die Schraubenklemmen 12 sind elektrisch gut isoliert.
Die Kupferoblättcßhen 4, an Stelle von Kupfer können auch andere, Wärme gut leitende Stoffe, wie Sidber, Verwendung finden, bilden die die Wärme zu- und ableitenden Elektroden der Verbindungsstellen der Thermoelementschenkel.
Zur elektrischen Isolation gegen dieRingkörper 5 und 6 sind die Elektroden der Thermoelemente mit einer Oxydhaut versehen, die elektrisch nichtleitend ist und' die auf chemischem oder elektrochemischem Wege hergestellt wird und trotz ihrer hohen isolieren den Eigenschaft eine -sehr geringe Dicke besitzt, was den übertritt der Wärme aus dem Ringkörper 5 über die Thermoelemente in den Ringkörper 6 -mit äußerst geringem Verlust und somit die Erzeugung einer hohenelektromotorisdien Kraft ermöglicht. Die Schlitze 13 sind ebenfalls mit einer den elektrischen Strom nichtleitenden Oxydhaut versehen. Statt aus Oxydschicht, die in den Schlitzen I3 und auf die Kupferblättdien 4 aufoxydiert ist, kann die Isolierung auch aus GlLimmer oder anderen geeigneten Stoffen, bei spielsweis e wärmebeständigen Lacken, bestehen, allerdings unter Inkaufnahme einer Herabsetzung des thermoelektrischen-Wirkungsgrades.
Gemäß den Fig. 1 a und 1 b ist das Gerät in einen gegen Strom und Wärme isolierenden Mantel 14 eingeschlossen.
Bei der Ausführungsform der Fig. VI sind die Thermoelemente in einem Isolierkörper 15 ge- halten; der Wärmezufluß findet bei r6 und der Wärmeabfluß bei I7 an den Kopfenden der Thermoelemente statt. In dem Tubus 15 ist durch Verwendung einer Oxydhaut als Isolierschicht eine große Zahl von Thermoelementen untergebracht.
Das Gerät liefert bei kleinerRauminanspruchnahme eine verhältnismäßig hohe elektromotorische Kraft.
Gemäß den Fig. VII und VIII sitzen die Thermoelemente radial auf einem Rohr I8, das seinerseits auf ein Rohr 19 aufgeschoben ist. Die Temperatur eines in dem Rohr 19 ruhenden oder fließenden Mediums wind gemessen. Das Rohr 18 trägt den Ringkörper 5a; konzentrisch zu letzterem liegt der Rinlg II, der innenseitig Schlitze zur Aufnahme der Kupfer- od. dgl. Plättchen der Kaltlötstellen besitzt. Die Thermoelemente, die in gleicher Weise isoliert und befestigt sind, wie in Fig. III gezeigt, verlaufen im wesentl,ichen radial.
Fig. VIII zeigt im Achsschnitt mehrere dieser Thermoelementringe der Fig. VII auf einem Rohr in axialer Anordnung, die durch Isolierscheiben 20 gegeneinander gegen Stromschluß geschützt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht die Erzeugung hoher elektrothermischer Energien, wie sie beispielsweisfe für Temperaturmessungen, Schaltvorgänge usw. gefordert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Thermoelement, insbesondere aus einer Mehrzahl von Einzelelementen bestehende Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle bzw. -stellen, z. B. Lötstellen, von einem die Wärme leitenden, den Strom aber nichtleitenden Stoff umgeben sind.
2. Thermoelement bzw. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Stoff ein stromleitender Stoff ist, der von der Verbindungsstelle durch eine Isolierschicht getrennt ist.
. Thermoelement bzw. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht auf den wärmeleitenden Stoff aufgetragen ist.
4. Thermoelement bzw. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht auf der Verbindungsstelle aufgetragen ist
5. Thermoelement bzw. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle von einem die Wärme gut leiwenden Stoff, z. B. Kupfer, umgeben ist.
6. Thermoelement bzw. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlindunbsstelle von einem Metall, z. B Aluminium, umgeben ist, das auf der Außenseite, z. B. auf chemischem oder elektrochemiscÆhem Weg, in eine elektrisch isolierende Schicht übergeführt ist.
7. Thermoelement bzw. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Stoff ein Metall, z. B. Aluminium ist, dessen Oberfläche, zum mindesten an den der Verbinldungsstell,e zugekehrten Stellen, auf chemischem oder elektrochemischem Wege in eine elektrisch isolierende Schicht übergeführt ist.
-8. Aus einer Mehrzahl von Einzel elementen bestehende Batterie nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente zwischen zwei Körpern aus wärmeleitendem Stoff angeordnet und die mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehenen Verbindungsstellen in zweckmäßig mit einer ebensolchen Schicht ausgekleidete Ansuehmungen dieser Körper eingesetzt sind.
9. Batterie nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente zwischen den beiden Körpern auf einem Zylindermantel angeordnet sind (Fig. III und IV).
IO. Batterie nach Anspruch I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente in einen Isolierkörper mit geringer WärmelWeitfähigkeit eingebettet sind (Fig. VI).
I I. Batterie nach Anspruch I bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Gewindestutzen zum Anschrauben an die Meßstelle versehen ist.
12. Batterie nach Anspruch I bis II, dadurch gekennzeichnet, edaß der Gewindestutzen durch ein in das Wärme abgebende Medium ragendes Rohr verlängert ist.
13. Batterie nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente zwischen konzentrisch zueinander liegenden Ringkörpern aus wärmeleitendem Stoff radial oder speichenartig angeordnet sind (Fig. VII und VIII).
14. Batterie nach Anspruch I bis 8 und I3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ringkörper durch ein Rohr getragen ist, in welchem das Wärme ausstrahlende Medium enthalten ist oder strömt.
15. Batterie nach Anspruch I bis 8, I3UndI4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere je aus zwei konzentrischen Ringkörpern und radial angeordneten Einzelelementen bestehende Einheiten unter Zwischenschaltung von Isolierscheiben axial, zweckmäßig auf einem gemeinsamen Rohr, aneinandergereiht sind (Fig. VIII).

I6. Batterie nach Anspruch I bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß wärmeabflußseitig mit Rippen versehene Kühl ringe vorgesehen sind.