DE550265C - Elektrothermischer Kuehl- und Heizkoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
14. MAI 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 b GRUPPE

2ib A 8i.30 Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 21. April

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Elektrothermischer Kühl- und Heizkörper

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Mai 1930 ab

Für die Herstellung von Thermoelementen für elektrische Kühl- und Heizkörper werden, wie Versuche ergeben, mit besonderem Vorteil Stoffe hoher Thermokraft verwendet. Je höher nämlich die Thermokraft ist, um so geringer wird bei einer bestimmten Spannung die Zahl der erforderlichen Elemente und mithin der Materialaufwand. Mit zunehmender Thermokraft der zur Anwendung gelan-

to genden Elemente erfolgt ein starkes Ansteigen der Leistungsziffer, d. h. das Verhältnis der Kälteleistung zur zugeführten -elektrischen Energie wird um so günstiger, je größer die Thermokraft der verwendeten EIemente ist.

Diesen Vorzügen der Stoffe von hoher Thermokraft steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß diese Stoffe im allgemeinen ein schlechtes Verhältnis von Wärme- und elek-

ao irischer Leitfähigkeit zeigen. Sie leiten zumeist den Strom sehr schlecht, die Wärme dagegen gut. Der beim Stromdurchgang entstehende Temperaturunterschied zwischen den Lötstellen wird infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Thermoelementes daher stark herabgesetzt. Trotz sehr hoher Thermokraft kann daher der für Kälte- bzw. Heizzwecke erforderliche Temperaturunterschied nicht erzielt werden.

Um den störenden hohen elektrischen Widerstand zu verkleinern, hat man bereits vorgeschlagen, das Thermoelement aus einem Stoff hoher Thermokraft vollständig mit einer dünnen Schicht aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit vorzugsweise auf galvanischem Wege zu überziehen. Eine derartige Ausführung hat den Nachteil, daß der elektrische Strom in der Hauptsache nicht durch den Stoff hoher Thermokraft, sondern durch den Überzug aus elektrisch gut leitendem Material geführt wird. Ein wesentlicher Teil des Stromes geht daher für die Kältebzw. Wärmeleistung verloren, so daß der thermoelektrische Effekt eines derartigen kombinierten Elementes nicht besonders günstig ist. Das gleiche gilt für eine bekannte Ausführung, bei welcher mehrere stabförmige Körper aus Eisen und Nickel in Hintereinanderschaltung an ihre'n wärme- bzw. kälteabgebenden Stellen durch Kupferstücke verbunden werden.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Ausführungen, indem der Stoff guter elektrischer Leitfähigkeit derart mit dem Stoff hoher Thermokraft in Verbindung gebracht wird, daß die die kälte- bzw. wärmeabgebenden Enden des Elementes von dem ersteren frei bleiben. Im übrigen kann die Verbindung der beiden Stoffe in verschiedener Weise erfolgen. So kann z. B. der eine

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Erich Schlegel in Berlin-Charlottenburg.

Stoff den anderen in Form eines oder mehrerer Ringe umgeben. Die beiden Stoffe können auch zwischen den beiden Lötstellen in Hintereinanderschaltung angeordnet werden, indem beispielsweise der Körper hoher Thermokraft in mehrere kurze Einzelteile unterteilt ist, zwischen welche der Stoff guter elektrischer Leitfähigkeit in Form von Scheiben o. dgl. geschaltet ist. Bei einer Trennung der ίο kalten und der warmen Lötstelle durch eine wärmeisolierende Wand ist der Stoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit zweckmäßig innerhalb der wärmeisolierenden Wand anzuordnen. Die Thermokraft des einen Stoffes besitzt vorzugsweise eine Größe von gleich oder größer als 300 μ]° C, da ein Stoff dieser Thermokraft in Verbindung mit einem Material von guter elektrischer Leitfähigkeit, z. B. mit Kupfer, einen besonders günstigen Wirkungsgrad ergibt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Abb. 1 zeigt- einen Stab X aus einem Material mit hoher Thermokraft, welcher auf seinem mittleren Teil mit einem Kupfermantel umgeben ist und der, wie die Zeichnung erkennen läßt, vollkommen in der wärmeisolierenden Wand F untergebracht ist. Man erzielt mit dieser Anordnung zwischen der warmen Lötstelle D und der kalten Lötstelle A eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit gegenüber einem nur aus Kupfer hergestellten Stab und eine wesentlich verbesserte elektrische Leitfähigkeit gegenüber einem nur aus einem Material von hoher Thermokraft bestehenden Thermoelement.

Die durch den Temperaturabf all im Kupf ermantel auftretende Wärmespannung kann sich durch das gut leitende Material ausgleichen und¹ ergibt eine Störung der angestrebten Wirkung. Infolge der schlechten elektrischen Leitfähigkeit des Stoffes X wird der Strom beim Beginn des Kupferzylinders praktisch sofort völlig auf diesen übergehen, womit ein Element XjCu gebildet wird. Ebenso wird der Strom nahezu erst am Ende des Kupferzylinders wieder auf den Stoff X zurückgehen, so daß hier ein Thermoelement Cu]X vorhanden ist. Durch den Stromdurchgang wird an der Stelle B (s. Abb. 2) z. B. Kälte erzeugt und an der Stelle C Wärme. Durch das gut wärmeleitende Cu, das völlig in der Isolierung F liegt, tritt ein weitgehender Wärmeaustausch zwischen diesen Stellen B und C ein, so daß ein Störungseinfluß auf die für die Kälte- bzw. Heizzwecke nötigen Stellen A und D fast vollkommen vermieden wird.

Diesen Wärmeausgleich kann man, um sicher zu gehen, noch durch einen anderen Aufbau des X/CM-Stabes unterstützen, indem der Kupferzylinder nicht ganz durchgeführt wird, sondern, wie die Abb. 3 zeigt, in eine Anzahl von Ringen unterteilt wird. Bei einer derartigen Anordnung wird dann an den Stellen B₁, B₂ ... B_n z. B. Kälte und an den Stellen C₁, C₂ ... C_n Wärme auftreten. Durch jeden der kurzen Kupferzylinder, die nach Belieben verstärkt sind, kann sich der durch den Peltier-Effekt entstehende Temperaturunterschied leicht ausgleichen, so daß der Einfluß auf die Stellen A und D in noch vollkommenerer Weise vermieden wird. Durch diese Maßnahme wird also ein elektrisch gut leitender Nebenschluß zu dem elektrisch schlecht leitenden Stoff X gelegt, wodurch, wie Versuche bestätigen, der elektrische Widerstand gegenüber der erst beschriebenen Anordnung eines mit Kupfer umkleideten Stabes X noch herabgesetzt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 4 der Zeichnung. Mehrere kurze Stäbe aus einem Material X von hoher Thermokraft werden mit Ringen aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit hintereinandergeschaltet. An der Stellet wird dann z. B. die gewünschte Kältewirkung eintreten. Ein Zuströmen von der an der Stelle .B₁ entstehenden Wärme wird hierbei verhindert, da infolge der Anordnung des nachgeschalteten Materials von guter Wärmeleitung leichter ein Wärmeaustausch zwischen den Stellen B₁ und C₁ eintritt. Das gleiche gilt für die anderen Stellen B₂, B₃ bzw. C₂, C₃ usw. Auf diese Weise gelingt es dann, die bei dem Material X vorhandene höhere Thermospannung zur Erzielung eines genügend hohen Temperaturunterschiedes zu verwenden.

Ein nach diesen Regeln aufgebautes Thermoelement kann natürlich in beliebiger Weise entweder für elektrothermische Kühlzwecke oder Heizzwecke Verwendung finden. Vorzugsweise werden diese Elemente für die Zwecke der Kälteerzeugung, z. B. für den Einbau in Kühlschränke, verwendet, indem die kalten Lötstellen innerhalb des Kühlraumes, und zwar vorteilhaft in dessen oberem Teil liegen, während die warmen Lötstellen nach no außen ragen und hier durch einen natürlichen oder künstlichen Luftstrom gekühlt werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Kupfer beschränkt. Es können natürlich auch andere Stoffe guter elektrischer Leitfähigkeit in Verbindung mit Stoffen hoher Thermokraft verwendet werden. Die Stoffe hoher Thermokraft haben vorzugsweise eine Größe von gleich oder größer 300 μ Volt/° C₁ da Stoffe von dieser Thermokraft einen besonders günstigen Wirkungsgrad ergeben.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektrothermischer Kühl- und Heizkörper, bestehend aus einem Stoft" hoher Thermokraft in Verbindung mit einem Stoff guter elektrischer Leitfähigkeit, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung des Stoffes guter elektrischer Leitfähigkeit, daß die die Kälte bzw. die Wärme abgebenden Enden von diesem frei bleiben.
2. 2. Elektrothermischer Kühl- und Heizkörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stoff den anderen in Form eines oder mehrerer Ringe umgibt.
3. 3. Elektrothermischer Kühl- und Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper hoher Thermokraft in mehrere kurze Einzelteile unterteilt ist, zwischen welche der Stoff guter elektrischer Leitfähigkeit in Form von Scheiben o. dgl. geschaltet ist.
4. 4. Elektrothermischer Kühl- und Heizkörper, bei welchem die kalten und die warmen Lötstellen der Elemente durch eine wärmeisolierende Wand getrennt sind, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit innerhalb der wärmeisolierenden Wand angeordnet ist.
5. 5. Elektrothermischer Kühl- und Heizkörper nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stoffes von einer Thermokraft von gleich oder größer als 300 μ V/° C, vorzugsweise in Verbindung mit Kupfer.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen