DE2002197A1 - Miniaturized voltage source - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine miniaturisierte Spannungsquelle mit einem radioaktiven Strahler als Wärmequelle, mit von elektrischen Isolatorschichten umschlossenen Thermoelementen. The present invention relates to a miniaturized voltage source with a radioactive radiator as a heat source, with thermocouples enclosed by electrical insulator layers.

Es sind solche Vorrichtungen bekannt, bei welchen durch die notwendige Abschirmung nur eine Seitenfläche der Brennstoffzelle bzw. des Wärmeblockes für die thermoelektrische Konversion ausgenutzt werden konnte. Dies hat eine sehr wesentliche Wirkungsgradverminderung bei gleicher Leistung der Brennstoffzelle zur Folge. Anderseits wurde vorgeschlagen, durch Veränderung der Längendimensionen der Thermoelemente eine grössere Temperaturdifferenz zwischen den beiden Lötstellen zu erhalten. Durch die Erhöhung desThere are such devices are known in which by the necessary shielding only one side surface of the fuel cell or the heat block could be used for thermoelectric conversion. This results in a very significant reduction in the efficiency of the fuel cell with the same output. On the other hand, it was suggested that a greater temperature difference should be achieved by changing the length dimensions of the thermocouples between the two solder joints. By increasing the

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RT/gb/17
Fall 81 + 81aRt / gb / 17
Case 81 + 81a

inneren Widerstandes des Elementes mit seiner Längenvergrösserung ergibt sich jedoch als Nutzspannung zumindest kein höherer Wert als vorher. Insbesondere würde man bei einer Anzahl von Bi₃Te₃ Thermoelementen mit einem Wärmeleitkoeffizienten « 9 eine im Total grössere Wärmemenge benötigen» um ein grösseres Temperaturgefälle zu erreichen.However, the internal resistance of the element with its increase in length does not result in a useful voltage at least not a higher value than before. In particular, if there were a number of Bi ₃ Te ₃ thermocouples with a coefficient of thermal conductivity of “9, a larger total amount of heat would be required” in order to achieve a larger temperature gradient.

Weiters weisen die bisher vorliegenden Tttermoelementanordnungen eine zu geringe Dichte auf, so dass Jaucht die notwendigen Spannungswerte erhalten werden können. ^Furthermore, the previously existing Tttermoelementananlagen too low a density, so that Jaucht provides the necessary Stress values can be obtained. ^

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Spannungsquelle zu P schaffen, welche die entstehende Wärmemenge weitgehend auszunützen imstande ist und dennoch sehr geringe Abmessungen aufweist.It is therefore an object of the invention to create a voltage source P which can largely utilize the amount of heat generated is capable and yet has very small dimensions.

Dieses Ziel lässt sich erreichen, wenn erfindungsgemäss die Thermoelemente als Dünnschichtthermoelemente ausgebildet, auf einem elektrisch und thermisch isolierenden Trägermaterial aufge-This goal can be achieved if, according to the invention, the thermocouples are designed as thin-film thermocouples, on one electrically and thermally insulating carrier material

und
bracht sind^ entlang einer Kurve an der Wärmequelle anliegen.and
brought ^ are applied along a curve to the heat source.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung zweier beispielsweisen Ausführungsfbcmen an Hand der Zeichnung. In dieser zeigtFurther features and advantages of the invention emerge from the description of two exemplary embodiments with reference to FIG Drawing. In this shows

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer miniaturisierten SpannungsquelleFig. 1 is a section through an embodiment of a miniaturized Voltage source

Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform Fig. 3 eine Ansicht eines Thermoelementwickels Fig. 4 eine Ansicht eines anderen Thermoelementwickels Eine radioaktive Strahlungsquelle 1 ist von einer Metallschicht 2 umschlossen, an welcher eine elektrisch isolierende, jedoch gut wärmeleitende Schicht 3 anliegt. Auf dieser Schicht sitzen auf jeder Seitenfläche eine möglichst grosse Anzahl von Thermoelementen 4 mit ihren heissen Lötstellen, wogegen deren kalte Löt-FIG. 2 shows a section through another embodiment; FIG. 3 shows a view of a thermocouple coil Fig. 4 is a view of another thermocouple coil. A radioactive radiation source 1 is of a metal layer 2, on which an electrically insulating, but highly thermally conductive layer 3 rests. Sit on this layer the largest possible number of thermocouples on each side 4 with their hot soldering points, whereas their cold soldering

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stellen auf einer zweiten elektrisch isolierenden Schient 5 liegen und diese an eine Wärmeableitschicht 6 angrenzt.put on a second electrically insulating rail 5 and this is adjacent to a heat dissipation layer 6.

Vorzugsweise werden die Thermoelemente beispielsweise in Mikröfilmtechnik miniaturisiert ausgebildet ,"da damit eine wesent·^ iich höhere Spannung bei gleichem Strom zufolge einer wesentlich grösseren Elementdichte an der,Oberfläche der Wärmequelle erreicht werden kann. Es ist aber auch möglich, die Thermoelemente in Bandform etwa durchAufdampfen der leitenden Schichten auf einen isolierenden Körper, z.B. Glas, Kunststoff usw. herzustellen und diese Bänder durch Verlegung entlang einer Kurve, z.B. einer Mäanderlinie. Spirale etc. zu einem Wickel, zu formen und diesen mit der Isolierschicht oder, je.nach Ausbildung des Thermoelementbandes, mit der Wärmequelle direkt, zu verbinden, wobei ein Teil des Thentoelenentträgerβ als Isolierschicht herangezogen ist. Dadurch ist ein extrem kleiner Querschnitt der Thermoelemente erzielbar, der wieder,bei einem Blementguerschnitt von beispielsweise 10 ΛΟΟρ und einer Oberfläche von ca. 6 cm ,die Unterbringung von ca. 10 Elementen ermöglicht· Somit ist eine wesentlich höhere Ausgangsspannung erzielbar, womit sich eine Umwandlung von 100 mV Mittel· DC-DCHKcmvertft in 9 V erübrigt und eine weitere Verbesserung des totalen Wirkungsgrades die Folge ist.The thermocouples are preferably made miniaturized, for example using microfilm technology, "because a significantly higher voltage can be achieved with the same current due to a significantly greater element density on the surface of the heat source the conductive layers on an insulating body, e.g. glass, plastic, etc. and these tapes by laying them along a curve, e.g. a meander line, spiral, etc. to form a coil and this with the insulating layer or, depending on the design of the thermocouple tape , with the heat source directly, with part of the Thentoelenentträgerβ used as an insulating layer. As a result, an extremely small cross-section of the thermocouples can be achieved, which again, with a Blement cross-section of for example 10 ΛΟΟρ and a surface of about 6 cm, the accommodation of approx. 10 elements allows · Thus, ei A significantly higher output voltage can be achieved, which means that a conversion of 100 mV mean · DC-DCHKcmvertft into 9 V is unnecessary and the result is a further improvement in the total efficiency.

Um insbesondere eine lange Lebensdauer der Spannungsquelle, S.B. 20 Jahre/zu erreichen, kann als Strahlungsquelle plutonium «238 verwendet werden und von einem Mantel aus Tantal und Platin «»geben sein« der von einer elektrisch isolierenden Schicht mit - :£ τ 10 eingeschlossen ist. Als Thermoelemente können Bi₂Se₃-EIe-. diente, ^bTe- oder SbBi Elemente vorgesehen sein. Insbesondere Ketallthermoelementeweisen gegenüber den HalbleiterthermoelementenIn order to achieve a long service life of the voltage source, SB 20 years /, plutonium «238 can be used as the radiation source and a jacket made of tantalum and platinum« »gives« which is enclosed by an electrically insulating layer with -: £ τ 10 . Bi ₂ Se ₃ -EIe-. served, ^ bTe- or SbBi elements may be provided. In particular, ketal thermocouples compared to semiconductor thermocouples

VorteiIe bezüglich der genauen Aufdampfbarkeit, der Alterungsbe--.Advantages in terms of exact vapor deposition, aging resistance.

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• ständigkeit und der Bestrahlungsfestigkeit auch gegenüber Gammastrahlen auf, so dass die Metallthermoelemente den Halbleiterthermoelementen vorzuziehen sind.• Resistance and resistance to radiation, including against gamma rays so that the metal thermocouples are preferable to the semiconductor thermocouples.

Das Thermoelementband kann zur besseren Verbindung mit der
Wärmequelle auf diese aufgeklebt oder mit einer gut wärmeleitenden Paste verbunden werden.The thermocouple tape can be used for better connection with the
Heat source glued to this or connected with a paste that conducts heat well.

Es ist aber auch möglich, nur eine Oberfläche oder zwei Oberflächen der Wärmequelle mit Thermoelementen zu belegen und die anderen Oberflächen mit einer Wärmeisolation zu versehen.But it is also possible to have just one surface or two surfaces to cover the heat source with thermocouples and to provide the other surfaces with thermal insulation.

Eine andere Ausführungsform (Fig. 2) weist angrenzend an zwei W Flächen der Wärmequelle eine elektrisch isolierende Schicht 3 und auf dieser einen Thermoelementwickel 4 auf, wobei die Wärmequelle
und die Thermoelemente seitlich mit einer Schicht 7 gegen Wärmeableitung isoliert sind. An den Stirnflächen dieses Gebildes sind je unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierschicht 5 eine Wärmeableitplatte 6 angeordnet. Beide Wärmeableitplatten sind mit einer druckfesten Kapsel 6' verbunden, in welche die Spannungsquelle eingesetzt ist.Another embodiment (FIG. 2) has, adjacent to two W surfaces of the heat source, an electrically insulating layer 3 and on this a thermocouple coil 4, the heat source
and the thermocouples are laterally insulated with a layer 7 against heat dissipation. A heat dissipation plate 6 is arranged on each of the end faces of this structure with an electrical insulating layer 5 in between. Both heat dissipation plates are connected to a pressure-tight capsule 6 'into which the voltage source is inserted.

Ausserdera kann die Innenwand des die Thermoelemente umgebenden * Kapselmantels mit einem Reflexionsmaterial versehen, z.B. weiss belegt, sein, um die Abstrahlung zu vermindern. Weiters kann der
Innenraum der Kapsel evakuiert werden, um die Wärmeverluste herabzusetzen. Die Kapsel selbst ist druckfest ausgebildet und kann zur Gänze oder wenigstens im Bereich der Wärmeableitschicht aus Tantal bestehen.Ausserdera can provide the inner wall of the surrounding thermocouples * capsule shell with a reflective material, for example coated white, being, in order to reduce the radiation. Furthermore, the
Interior of the capsule can be evacuated in order to reduce the heat losses. The capsule itself is pressure-resistant and can consist entirely or at least in the area of the heat dissipation layer from tantalum.

Durch die Ausbildung des Thermoelementwickels ist es möglich, eine genügend grosse Zahl von Thermoelementen auf kleinstem Raum
unterzubringen und dadurch eine Kleinstspannungsquelle mit genügender Leistungsfähigkeit und Lebensdauer herzustellen.The design of the thermocouple coil makes it possible to have a sufficiently large number of thermocouples in a very small space
to accommodate and thereby produce an extra-low voltage source with sufficient performance and service life.

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Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1JMiniaturisierte Spannungsquelle mit einemradioaktiven Strahler als Wärmequelle, mit von elektrischen Isolatorschichten umschlossenen Thermoelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelemente als Dünnschichtthermoelemente ausgebildet, auf einem elektrisch und thermisch isolierenden Trägermaterial aufgebracht1JMiniaturized voltage source with a radioactive Radiator as a heat source, with layers of electrical insulation enclosed Thermocouples, characterized in that the thermocouples designed as thin-film thermocouples, applied to an electrically and thermally insulating carrier material und .
sind^ entlang einer Kurve an der Wärmequelle anliegen.and .
are ^ in contact with the heat source along a curve. 2. Miniaturisierte Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelemente zu einem kompakten Wickel geformt sind'und dieser mit der Wärmequelle verbunden ist.2. Miniaturized voltage source according to claim 1, characterized characterized in that the thermocouples are formed into a compact coil and this is connected to the heat source. 3. Miniaturisierte Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band der Thermoelemente mäanderartig im Wickel verlegt ist.3. Miniaturized voltage source according to claim 2, characterized characterized in that the tape of the thermocouples is laid in a meandering manner in the coil. 4. Miniaturisierte Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band der Thermoelemente spiralenförmig im Wickel verlegt ist.4. Miniaturized voltage source according to claim 2, characterized characterized in that the ribbon of thermocouples is helical is laid in the coil. 5. Miniaturisierte Spannungsquelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an allen Flächen der Wärmequelle Thermoelemente angeordnet sind. 5. Miniaturized voltage source according to claim 1 or claim 2, characterized in that thermocouples are arranged on all surfaces of the heat source. 6. Miniaturisierte Spannungsquelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Fläche der Wärmequelle Thermoelemente angeordnet und die anderen Flächen jener wärmeisoliert sind. . .6. Miniaturized voltage source according to claim 1 or claim 2, characterized in that thermocouples are arranged on one surface of the heat source and the other surfaces of those are thermally insulated. . . 7. Miniaturisierte Spannungsquelle nach Anspruch 1 oder An-7. Miniaturized voltage source according to claim 1 or an 00983.3/137 500983.3 / 137 5 spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei gegenüberliegenden Flächen der Wärmequelle Thermoelemente angeordnet und die anderen Flächen jener wärmeisoliert sind.Claim 2, characterized in that on two opposite Surfaces of the heat source thermocouples arranged and the other surfaces of those are thermally insulated. 009833/T375009833 / T375