DE3528731A1 - Thermoelectric cooling installation - Google Patents
Thermoelectric cooling installationInfo
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Abstract
Description
Wolfgang WasserthaiWolfgang Wasserthai
Nestorstr. 22Nestorstrasse 22nd
D - 1000 Berlin 31D - 1000 Berlin 31
Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Kühlanlage nach Schutzanspruch 1. Sie eignet sich besonders für den netzunabhängigen Betrieb und gewährt eine hohe Betriebssicherheit. The invention relates to a thermoelectric cooling system according to protection claim 1. It is particularly suitable for off-grid operation and guarantees a high level of operational reliability.
Bisher sind thermoelektrische Kühlanlagen zum Zwecke der Kühlung mittels ununterbrochener Stromzufuhr bekannt. Ihr Aufbau entspricht im wesentlichen einem Peltierelement oder einem Satz von Peltierelementen, auf deren kalter wie warmer Seite sich Wärmetauscher zur Aufnahme wie Abgabe des zu transportierenden Wärmestroms befinden.So far, thermoelectric cooling systems for the purpose of cooling by means of an uninterrupted power supply are known. Their structure corresponds essentially to a Peltier element or a set of Peltier elements on which On the cold as well as on the warm side there are heat exchangers for receiving and releasing the heat flow to be transported.
Diese Konstruktionen zeigen den Nachteil, daß bei Abschaltung der Stromversorgung der Kühlraum in kürzester Zeit seine Kälte wieder verliert, da sich nun der Wärmestrom durch das Peltierelement umkehrt.These constructions have the disadvantage that when switched off the power supply of the cold room loses its coldness again in a very short time, since the heat flow is now down reversed by the Peltier element.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, welches eine Kühlung auch über die Zeit der Stromversorgung hinaus gewährleistet. 30The invention is based on the object of creating a system which also provides cooling over the period of time Power supply guaranteed. 30th
«· 7 ■—«· 7 ■ -
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Vermeidung größerer Wärmekapazitäten ein Wärmeventil so mit dem Peltierelement gekoppelt wird, daß der Rückfluß des Wärmestroms verhindert wird. Des weiteren befindet sich ein Kältespeicher mit dem Kühlraum in thermischer Verbindung, der den Kältebedarf während der Stromausfallzeit zu decken vermag.According to the invention the object is achieved in that while avoiding greater heat capacities, a heat valve is coupled to the Peltier element in such a way that the backflow of the heat flow is prevented. There is also a cold store with the cooling space in thermal connection that is able to cover the cooling demand during the power failure.
Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den IQ nachfolgenden Konstruktionsbeispielen.Further details of the invention emerge from the construction examples below.
Es zeigenShow it
Abb. 1 eine thermoelektrische Kühlanlage für Campingzwecke j zur Kühllagerung als auch zur Eisproduktion Fig. 1 a thermoelectric cooling system for camping purposes j for cold storage as well as for ice production
Abb. 2 eine Tiefkühlvorrichtung, beispielsweise fürFig. 2 a freezer, for example for
BooteBoats
Abb. 3 eine Kühlanlage mit niedrigem Leistungsverbrauch und periodischer Stromversorgung, beispielsweise für Solarzellenbetrieb.Fig. 3 shows a cooling system with low power consumption and periodic power supply, for example for solar cell operation.
1. Thermoelektrische Kühlanlage für Campingzwecke,zur Kühllagerung als auch zur Eisproduktion1. Thermoelectric cooling system for camping purposes, for Cold storage as well as for ice production
Abb. 1a zeigt einen Schnitt durch die Seitenansicht. Die Isolation 11 umgibt alle wärmetechnischen Teile sowie den Kühlraum 12. Dieser steht in ständigem thermischen Kontakt mit dem Kältespeicher 13, beispielsweise einem Wasser-Eis-Latentkältespeicher, der wiederum seine Wärme über die ggf. berippte Kupfer- oder Aluminiumplatte 15 und den Metallblock 16 an das Peltierelement 14 abgibt.Fig. 1a shows a section through the side view. The insulation 11 surrounds all thermal engineering parts and the cooling space 12. This is in constant thermal contact with the cold storage 13, for example a water-ice-latent cold storage, which in turn dissipates its heat via the possibly ribbed copper or aluminum plate 15 and delivers the metal block 16 to the Peltier element 14.
Das Peltierelement pumpt die Wärme auf ein höheres Temperaturniveau, so daß sie über den Wärmetauscher 17, beispielsweise eine mit aufgeschweißtem Zylindern oder angelöteten Rippen versehene Kupfer- oder Aluminiumplatte, an die durch den Ventilator 18 geförderte Umgebungsluft abgegeben werden kann.The Peltier element pumps the heat to a higher temperature level, so that they over the heat exchanger 17, for example one with welded cylinders or soldered ribs provided copper or aluminum plate, to the ambient air conveyed by the fan 18 can be delivered.
Abb. 1b ist ein Schnitt durch die Bückansicht. Die Pfeile verdeutlichen hier die Luftströmung: Der Ventilator 18 saugt die Umgebungsluft an und drückt sie durch den von Isolation 11 und Wärmetauscher 17 gebildeten Kanal. Dabei nimmt die Luft die Wärme auf und verläßt den Kanal wieder, indem sie die leichte - beispielsweise aus Styropor oder Folien gefertigte Klappe 19 anhebt.Fig. 1b is a section through the rear view. The arrows show the air flow here: The fan 18 sucks in the ambient air and pushes it through the air formed by the insulation 11 and the heat exchanger 17 Channel. The air absorbs the heat and leaves the duct again by absorbing the light - for example lifts flap 19 made of styrofoam or foils.
Ist das Peltierelement außer Betrieb, wird der Ventilator ebenfalls abgeschaltet. Die Klappe 19 schließt sich dann und es bildet sich, da der Wärmetauscher 17 aufgrund der thermischen Verbindung mit dem Kältespeicher 13 eine tiefere als die Umgebungstemperatur annimmt, eine stabile Luftschichtung aus ( da die kältere Luft im Kanal nun schwerer ist als die Umgebungsluft ). Es kann daher keine größere Wärmemenge in den Kühlraum zurückfließen. Die Klappe 19 soll neben dem Effekt der Minderung des Strahlungsaustausches vor allem den Einfluß von Zugluft oder Wind vermindern.If the Peltier element is out of operation, the fan will stop also switched off. The flap 19 then closes and it is formed because the heat exchanger 17 due to the thermal connection with the cold storage 13 a lower than the ambient temperature assumes, a stable air stratification (because the colder air in the duct now heavier than the ambient air). It cannot therefore larger amounts of heat flow back into the refrigerator compartment. The flap 19 should in addition to the effect of reducing the Radiation exchange mainly reduce the influence of drafts or wind.
2. Tiefkühlvorrichtung, beispielsweise für Boote2. Freezer, for example for boats
Abb. 2 zeigt die Tiefkühlvorrichtung in der Draufsicht. Die Isolation 20 umgibt den Tiefkühlraum 21 sowie die gesamte wärmetechnische Einrichtung.Fig. 2 shows the freezer in plan view. The insulation 20 surrounds the freezer compartment 21 as well as the entire thermal equipment.
Der Kältespeicher 22, hier als Latentkältespeicher mit Kryohydraten, wie beispielsweise Lösungen vonThe cold storage 22, here as a latent cold storage with cryohydrates, such as solutions from
6,8% K2SO4 10,9% KNO3 26,7% BaCl2 19,7% KCl 18,6% NH4Cl 19,7% NH4Cl 31,0% NH4NO3 42,7% NH4NO3 36,9% NaNO3 38,4% NaNO3 23,1% NaCl6.8% K 2 SO 4 10.9% KNO 3 26.7% BaCl 2 19.7% KCl 18.6% NH 4 Cl 19.7% NH 4 Cl 31.0% NH 4 NO 3 42.7 % NH 4 NO 3 36.9% NaNO 3 38.4% NaNO 3 23.1% NaCl
20,6% MgCl2
21,8% MgCl2
29,9% CaCl2
32,4% CaCl2
gefüllt, gibt seine Wärme über den Tauscher 23, die Peltierelementkaskade - bestehend aus dem Element 24,
der Kupfer- oder Aluminiumplatte 25 und den folgenden Elementen 26 — welche die Temperatur des Wärmestroms
stufenweise erhöht, sowie über den folgenden Wärmeaustauscher 27 an das Kühlwasser ab.20.6% MgCl 2
21.8% MgCl 2
29.9% CaCl 2
32.4% CaCl 2
filled, gives off its heat via the exchanger 23, the Peltier element cascade - consisting of the element 24, the copper or aluminum plate 25 and the following elements 26 - which gradually increases the temperature of the heat flow, and via the following heat exchanger 27 to the cooling water.
Das Kühlwasser wird mittels einer ( nicht eingezeichneten' ) Pumpe vom Einlaß 28 durch den Wärmetauscherbehälter zum Auslaß 29 befördert.The cooling water is supplied by means of a (not shown ' ) Pump conveyed from inlet 28 through the heat exchanger tank to outlet 29.
Das Ausschalten der Pumpe bewirkt die Unterbrechung des Kühlwasserstroms. Durch entsprechende Anordnung - die Kühlanlage muß sich oberhalb des Entnahmewasserspiegels befinden - läuft der Wärmetauscherbehälter leer, so daß ein Wärmerückfluß und ein Einfrieren verhindert wird.Switching off the pump interrupts the flow of cooling water. By appropriate arrangement - the The cooling system must be above the tapping water level - the heat exchanger tank runs empty so that heat reflux and freezing are prevented.
3. Kühlanlage mit niedrigem Leistungsverbrauch und periodischer Stromversorgung, beispielsweise für Solarzellenbetrieb 3. Cooling system with low power consumption and periodic Power supply, for example for solar cell operation
Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch die Draufsicht. Der Kühlraum 30 wird von den Kältespeichern 31, den dazwischenliegenden Peltierelementen 32 und dem Verdampfer 33 zweier Wärmerohre 34 und 35 in zwei Räume unterteilt.Fig. 3 shows a section through the top view. The cooling space 30 is of the cold accumulators 31, the intermediate ones Peltier elements 32 and the evaporator 33 of two heat pipes 34 and 35 divided into two rooms.
Der Wärmestrom wird wie bisher aus den Kältespeichern 31 durch die Peltierelemente 32 in den Verdampfer 33 gepumpt, in dem dadurch ein flüssiges Kältemittel siedet. Über die Rohre 34 und 35 wird der Dampf in die höher gelegenen Kondensatoren 36 geleitet, in denen er, unter Wärmeabgabe an die - beispielsweise wassergefüllten Zwischenspeicher 37 ( im folgenden als thermische Phasenschieber bezeichnet ), kondensiert. Die Flüssigkeit fließt nunmehr in den Verdampfer 33 zurück.As before, the heat flow is pumped from the cold storage 31 through the Peltier elements 32 into the evaporator 33, in which a liquid refrigerant boils. Via the pipes 34 and 35, the steam is in the higher areas Condensers 36 passed, in which he, with heat dissipation to the - for example water-filled intermediate storage 37 (hereinafter referred to as thermal phase shifter), condensed. The liquid now flows back into the evaporator 33.
Sind die Peltierelernente 32 stromlos, wirken die Wärmerohre als thermisches Ventil, da aufgrund der höher liegenden Kondensatoren 36 kein Kältemittel verdampft und somit der Wärmerücktransport weitestgehend unterbleibt. If the Peltier elements 32 are de-energized, the heat pipes work as a thermal valve, since no refrigerant evaporates due to the higher-lying condensers 36 and thus the heat return is largely avoided.
Die thermischen Phasenschieber 37 geben ihre Wärme über die Metallblöcke 36, die Peltierelemente 38, den Verdampfer 39, die Wärmerohre 40 und 41 und über den Luftwärmetauscher 42 an die Umgebungsluft ab.The thermal phase shifters 37 give their heat the metal blocks 36, the Peltier elements 38, the evaporator 39, the heat pipes 40 and 41 and via the air heat exchanger 42 to the ambient air.
Die Zwischenschaltung der thermischen Phasenschieber bewirkt hier eine weitere Freiheit in der Wahl der Betriebsfunktionen. So können beispielsweise während der Abend-, Nacht- oder Morgenstunden die Zwischenspeicher gekühlt werden, wenn die Umgebungstemperaturen, besonders in den Tropen, niedrig sind, wogegen die Peltierelernente am Tage bei höchster Energieausbeute betrieben werden. Durch diese Anordnung wird mindestens eine Halbierung des Spitzenleistungsbedarfs erreicht.The interposition of the thermal phase shifter brings about further freedom in the choice of the operating functions. For example, the buffer can be used during the evening, night or morning hours be cooled when the ambient temperatures, especially in the tropics, are low, whereas the Peltier elements operated during the day with the highest energy yield. This arrangement at least halves the Peak power requirement reached.
Weiterhin kann der Betrieb der zur Verfügung stehenden Leistung angepaßt werden, indem die Zahl der betriebenen Elemente variiert wird oder die Arbeitskennlinien von Peltierelementen und Solarzellen durch Taktung des Stroms mittels elektrischer Schaltungen einander angepaßt werden.Furthermore, the operation can be adapted to the available power by changing the number of operated Elements is varied or the operating characteristics of Peltier elements and solar cells by clocking the current be matched to one another by means of electrical circuits.
So kann auf eine Zwischenspeicherung der elektrischen Energie in Akkumulatoren verzichtet werden.This means that there is no need to temporarily store the electrical energy in accumulators.
Claims (43)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853528731 DE3528731A1 (en) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Thermoelectric cooling installation |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19853528731 DE3528731A1 (en) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Thermoelectric cooling installation |
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Publication Number | Publication Date |
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DE3528731A1 true DE3528731A1 (en) | 1986-03-27 |
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ID=6278201
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OR8 | Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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