184528. lajstromszámú szabadalom • Hőelektromos generátor készülék és eljárás annak előállítására
1 184 528 2 A találmány tárgya hőelektromos generátor készülék és eljárás annak előállítására. Mint ismeretes, 1821-ben TJ. Seebeck felfedezte, hogy ha két különböző anyagú vezető egy hurokba van kapcsolva, és a két végcsatlakozás között hőmérsékletkülönbséget tartanak fenn, úgy elektromotoros erő keletkezik. Az ilyen hurkot hőelemnek nevezik és hőelektromos vagy Seebeck-elektromotoros erő- (a továbbiakban: EME-) generátort képez. 1843-ban J.C.A. Peltier felfedezte, hogy ha villamos áram folyik egy hurokba kötött két különböző anyagú vezetőn keresztül, akkor a vezetők két csatlakozása közül az egyik lehűl és a másik csatlakozás melegszik. Ha az áram irányát megváltoztatják, úgy a hatás is megfordul, vagyis az első csatlakozás melegszik és a második csatlakozás hűl. 1853- ban Quintus Icüus kimutatta, hogy mindegyik csatlakozáson a hőtermelés vagy hőelvonás mértéke egyenesen arányos az árammal. 1854- ben William Thomson megkísérelte, hogy megmagyarázza a kísérleti eredmények közötti eltéréseket, amelyek a változó hőmérsékletre vonatkoztak egy vezetékben olyankor, amikor a vezeték hőmérséklete változott, és megállapította, hogy ez a hő — amelyet Thomsonhőnek neveznek - arányos az áramnak és a hőmérsékletgrádiensnek a szorzatával. Ez a folyamat megfordítható abban az értelemben, hogy a vezető Thomson-hő generátorból Thomson-hő elvonóvá alakul át, amikor akár az áram iránya, akár pedig a hőmérséklet-grádiens iránya - de nem mindkettő egyszerre - ellenkező irányra vált át. Rátérve találmányunk hátterére, tudnunk kell, hogy ezelőtt a hőgenerátorok feszültségelőállítása nagy mértékben korlátozott volt a hőelemek konstrukciója miatt: ennél a konstrukciónál ugyanis szilárd fémhuzalokat, szalagokat, rudakat és hasonlókat használtak. A találmányunk szerinti készüléknél két különböző por alakú fémet használunk, ezeket külön-külön összekeverjük egy alkalmas kötőanyaggal vagy folyósító anyaggal, és ezt jó hőszigetelő és villamos szigetelő tulajdonságú alkalmas szubsztrátumra nyomtatjuk. Célunk, hogy a jelen találmánnyal közvetlenül alakítsunk át napsugárzásból eredő hőenergiát, valamint másfajta hőenergiát villamos energiává, mozgó alkatrészek nélkül, mégpedig olyan módon, hogy sem nagy energiafelhasználással, sem pedig nagy anyagfelhasználással ne járjon, és mindezt a Seebeck-effektus felhasználásával végezzük. A hőelektromosság előállításával kapcsolatos egyik követelmény abban áll, hogy minden egyes hőelemnél a két csatlakozás közül az egyiknek a hőmérsékletét meg kell növelni a másikhoz képest. Minél nagyobb a hőmérsékletkülönbség, annál nagyobb lesz a feszültségkülönbség a két csatlakozás között. Ezek a feszültségek rendkívül kicsik. Például egy króm-konstantán hőelem, amelynél 100 °C hőmérsékletkülönbség áll fenn (0 °C és 100 °C között), 6,317 millivolt feszültséget szolgáltatna, és 6,317 volt feszültség előállításához ezer ilyen hőelem villamos sorbakapcsolására lenne szükség. Ebből nyilvánvaló, hogy annak érdekében, hogy lényegileg használható hőelektromosságot állítsunk elő, két sajátosságra van szükségünk: az egyik, hogy nagyszámú csatlakozásunk legyen, míg a másik, hogy a lehető legnagyobb hőmérsékletkülönbséget alkalmazzuk. Az a mód, ahogy jelenleg a hőelemeket folyamatosan gyártják, abban áll, hogy két különböző fémet fémhuzal, sza-2 lag vagy rúd alakjában összeolvasztanak. A magas hőmérsékletű összeolvasztás olyan összeforrasztás, amelynél a két felület úgy olvad össze, hogy a fémek csatlakozási feliileteinél a fémek keverednek egymással. A legjelentősebb különbség találmányunk megközelítésében abban a módban van, amellyel a hőelemeket kialakítjuk. Ahelyett, hogy szilárd fémből, mint például huzalból, lapított huzalból, szalagból vagy rudakból indulnánk ki, poralakú fémeket alkalmazunk, amelyek igen finom eloszlásban össze vannak keverve megfelelő kötőanyaggal vagy folyósító anyaggal. Az így készített fémes festéket használjuk fel sorba kötött hőelemek sokaságának nyomtatására egy alkalmas szubsztrátumra. Ez a nyomtatás elvégezhető selyemszita-módszerrel, vagy offset, litográfiái vagy pedig könyvnyomtatásnál használt úgy nevezett magas nyomtatási eljárással. A hőelemeket egymás után folyamatos módon nyomtatjuk, például először vörösrezet viszünk fel, majd azután konstantánt viszünk fel a vörösréz fölé. Ezután a hőelemeket indukciós kemencén vezetjük át, ahol a fémek megolvadnak a fémszemcsék között keletkező hő következtében. Az indukciós kemence helyett mikrohullámú kályha vagy lézerrel vezérelt olvasztó készülék is alkalmazható. Ezáltal szi!árd fémből lévő áramköri út van biztosítva, ugyanakkor jó csatlakozásokat is biztosítunk azáltal, hogy ezeknél a csatlakozásoknál a fémek egymással keverednek. A fentieknek megfelelően találmányunk egyik fő tárgyát az képezi, hogy hőelektromos generátor készüléket alakítunk ki, amelyben hőelemek sokaságát használjuk fel, amelyek sorba vannak kötve egy keskeny szalagon, és a szalag henger alakra összetekerhető, vagy pedig nagy számban villamosán összekötött szalagokként helyezhető el általában téglalap alakú panel alakjában. Találmányunk további tárgya, hogy két különböző fémet biztosítunk finom por alakjában, hogy azokat megfelelő kötőanyaggal vagy folyósítóval keverjük, és ezáltal fémes festéket állítunk elő, amelyet valamely hagyományos nyomtatási eljárással alkalmas szubsztrátumra viszünk fel. Egy további célunk, hogy a találmány tárgyánál eszközt biztosítsunk a hőmérsékletkülönbség növelésére a váltakozó szalagokból álló hőelemek meleg és hideg oldalai között azáltal, hogy villamos összeköttetést alakítunk ki a hőelem szalagok mindegyik páija egy első szalagjának alsó vagy hideg oldala és ezen hőelem második szalagjának felső vagy meleg oldala között. Találmányunk egy további tárgya eljárás a fentiekben meghatározott hőelektromos generátor előállítására. A találmány szerinti eljárás a következő lépésekből áll: megfelelő, előre meghatározott hosszúságú és szélességű szubsztrátum-lapot egymás után egy első és egy második fémes festék-nyomtató készüléken átbocsátva a lapok hossza mentén hőelem-szálak sokaságát alakítjuk ki, a lapokat olvasztó készüléken (például indukciós kemencén) átbocsátva a poralakú fémrészecskéket szilárd tömeggé olvasztjuk, miközben minden egyes csatlakozásnál a részecskék összekeverednek, ezután a lapokat egy hosszvágó készüléken átbocsátva minden egyes lapot több szalagsávra hasítunk úgy, hogy minden szalagsávon egy hőelemből álló vonal van minden egyes sáv hossza mentén, a szalagsávok mindegyik sokaságát egy nyalábelőállító munkahelyre továbbítjuk és nyalábokat képezünk belőlük, majd a nyalábokat egy összeállító munkahelyre juttatjuk és azokból panel alakot képezünk, és a paneleket egy végső összegyűjtő munkahelyre továbbítjuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
