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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch l.
Für das Kühlen von Räumen, beispielsweise Fahrgasträumen von Fahrzeugen, Laderäumen von Kühlfahrzeugen, oder Innenräumen von Kühlgeräten, Kühlboxen od. dgl. sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. Bekannt sind auch Vorrichtungen, die das Erwärmen oder Kühlen mit Hilfe von Thermoelementen mit einer warmen und einer kalten Lötstelle ausführen, indem die warme bzw. kalte Lötstelle dem zu temperierenden Raum zugeordnet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die wirksam temperiert und bei Bedarf ohne Fremdenergieversorgung arbeiten kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ist je nach Polung des wenigstens einen Thermoelementes ein Temperieren, also das Erwärmen oder Kühlen eines geschlossenen oder wenigstens weitgehend geschlossenen Raumes ohne Fremdenergiezufuhr, d. h. ohne Stromversorgung von einer Stromquelle, beispielsweise einem Akkumulator, möglich.
Besonders vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass diese als kompakte Einheit ("Modul") ausgebildet sein kann, die an unterschiedlichen Einsatzorten zum Einsatz gelangen kann. Beispielweise ist es möglich, die erfindungsgemässe Vorrichtung in einen entsprechend geformten Ausschnitt in einer der Umgrenzungswände des zu temperierenden Raumes, z. B. in den Ausschnitt des Daches eines Fahrzeuges einzusetzen, wenn dessen Fahrgastraum zu erwärmen oder zu kühlen ist.
Wenn mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung beispielsweise ein Kühlschrank oder eine Kühlbox zu temperieren ist (Kühlen, wenn Speisen, Getränke oder sonstige Waren gekühlt aufbewahrt werden sollen, Erwärmen, wenn warme Speisen oder Getränke warm gehalten werden sollen), dann kann die (mobil ausgeführte) erfindungsgemässe Vorrichtung in
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sen oder Getränke), beispielsweise der Kühlbox, eingesetzt werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zum Klimatisieren (Erwärmen und/oder Kühlen) von Räumen, wie Fahrgasträumen von Land-, Luft-oder Wasserfahrzeugen, von Laderäumen von Lastfahrzeugen, insbesondere Kühlfahrzeugen, oder auch von ortsfesten
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Räumen, wie Telefonzellen u. dgl. eingesetzt werden. In gleicher Weise vorteilhaft ist die Erfindung für Mobilheime, wie Wohnwagen, Wohnanhänger oder für Boxen, in welchen Waren (Speisen oder Getränke z. B.) warm oder kühl gehalten werden sollen.
Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemässen Vorrichtung, wenn diese als Kühlgerät eingesetzt wird, ist es, dass sie gleichsam selbststeuernd ist, da bei vermehrter Sonneneinstrahlung die von den Solarzellen der erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugte Strommenge ansteigt, so dass die Kühlwirkung ohne weiteres verstärkt wird.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung kann beispielsweise der folgende sein :
In einem Gehäuse sind wenigstens zwei voneinander unabhängige (Strömungs-) Kanäle vorgesehen. In einem der Kanäle ist die eine Lötstelle des wenigstens einen Thermoelementes und im anderen Kanal die andere Lötstelle des wenigstens einen Thermoelementes vorgesehen. Wenn mehrere Thermoelemente vorgesehen sind, dann besteht die Möglichkeit, alle Lötstellen gleicher Polung, z. B. alle warmen Lötstellen, dem einen Kanal, und alle anderen Lötstellen der Thermoelemente, z. B. die kalten Lötstellen, dem anderen Kanal zuzuordnen. Es ist aber auch möglich, alle gleichartigen Lötstellen der Thermoelemente oder eine Gruppe von gleichartigen Lötstellen, z.
B. die Hälfte aller warmen oder der Hälfte aller kalten Lötstellen, einem Kanal zuzuordnen.
Jedem Kanal ist eine Einrichtung zum Erzeugen einer Zwangsströmung, beispielsweise wenigstens ein Gebläserad zugeordnet, so dass Luft über wenigstsens eine Ansaugöffnung angesaugt und über wenigstens eine Austrittsöffnung ausgeblasen wird. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, dass mehreren Kanälen ein gemeinsames Gebläse zugeordnet ist, insbesondere bei grösser ausgebildeten Vorrichtungen der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, einem Kanal mehrere Gebläse zuzuordnen, um die erforderliche Strömung aufrechtzuhalten. Dabei kann jeder der beispielsweise als Gebläse ausgebildeten Vorrichtungen zum Erzeugen einer Zwangsströmung ein gesonderter Antriebsmotor zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, mehrere Gebläse durch einen gemeinsamen Motor oder durch mehrere gemeinsame Motoren anzutreiben.
An einer Begrenzungswand des Gehäuses, beispielsweise an
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der nach aussen weisenden Begrenzungswand, sind, vorzugsweise mehrere, Solarzellen für den Betrieb des wenigstens einen Thermoelementes und des zum Erzeugen der Zwangsströmung in den Kanälen bevorzugt eingesetzten Gebläses angeordnet.
Dabei ist die wenigstens eine Luftansaugöffnung und die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung des einen Kanals ausserhalb des zu temperierenden Raumes angeordnet, sodass dieser Kanal mit der Umgebungsluft kommuniziert, wogegen die wenigstens eine Luftansaugöffnung und die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung des anderen Kanals in dem zu temperierenden Raum angeordnet ist.
Vorzugsweise ist weiters vorgesehen, dass das wenigstens eine Thermoelement zur Verbesserung des Wärmeaustausches an seinen Lötstellen wärmeleitend mit Wärmeleitkörpern, die je nach Polung der Thermoelemente als Kühlkörper und als Wärmekörper dienen, verbunden ist. Wenn mehrere Thermoelemente vorgesehen sind, dann können die gleichartigen Lötstellen wärmeleitend mit einem gemeinsamen oder mit mehreren Wärmeleitkörpern verbunden sein.
Wenn das erfindungsgemässe Gerät zum Kühlen eines umschlossenen Raumes verwendet wird, wird die Polung des Thermoelementes so gewählt, dass der Wärmeleitkörper, der mit der kalten Lötstelle in wärmeleitender Verbindung steht, dem Kanal zugeordnet ist, der mit dem zu temperierenden Raum kommuniziert. Das andere Wärmeleitelement, das mit der warmen Lötstelle des wenigstens einen Thermoelementes in wärmeleitender Verbindung steht, ist dem Kanal zugeordnet, der mit der Umgebungsluft kommuniziert.
Die Wärmeleitkörper sind vorzugsweise mit die Oberfläche vergrössernden Rippen ("Kühlrippen") ausgestattet. Diese Kühlrippen können parallel zueinander angeordnet sein, es empfiehlt sich aber, diese Rippen so auszubilden, dass sie bezüglich der Ausrichtung der Kanäle, in denen sie angeordnet sind, strömungsgünstig angeordnet sind. So kann sich beispielsweise eine voneinander divergierende Ausrichtung der Rippen als vorteilhaft und strömungsgünstig erweisen.
Zusätzlich oder anstelle der Stromversorgung mit Hilfe der Solarzelle (n), die mit dem Gerät verbunden ist, kann auch eine externe Stromversorgung vorgesehen sein. Diese externe Stromversorgung kann eine Fahrzeugbatterie oder auch das Stromnetz sein.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Stromversorgung dadurch zu verbessern, dass eine weitere Platte mit Solarzellen vorgesehen ist, die unabhängig von dem eigentlichen Modul ausgebildet
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und an einer gesonderten Stelle angebracht werden kann. In diesem Fall werden die Gruppen von Solarzellen, die jede für sich in Serie geschaltet sind, zueinander parallel geschaltet.
Nachstehend wird mit Bezug auf die angeschlossenen Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsgbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung näher erläutet. Es zeigt : Fig. 1 in teilweise weggebrochener Darstellung eine Vorrichtung zum Temperieren von umgrenzten Räumen in Schrägansicht, Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung, Fig. 3 die Vorrichtung in Richtung des Pfeiles 3 von Fig. 2 aus gesehen, Fig. 4 die Vorrichtung in einer Ansicht gemäss Fig. 3 in anderem Massstab, Fig. 5 die Vorrichtung von Fig. l in Richtung des Pfeiles 5 von Fig. 3 aus gesehen, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI von Fig. 3, Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 3, Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig. 2, Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX von Fig. 2 und Fig. 10 einen Schaltplan.
Das in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist für das Einsetzen in den Ausschnitt eines Daches eines Fahrzeuges, beispielsweise eines Personenkraftwagens, gedacht.
Es besitzt hiezu an wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Seiten seines Gehäuses 20 Leisten 21, über die es in einem Dachausschnitt festzulegen ist. An der Oberseite des Gehäuses 20 ist vorzugsweise mit der Dachaussenfläche fluchtend eine Platte 22 mit mehreren Solarzellen 23 angeordnet.
Am oberen Rand der einen Wand 25 des Gehäuses 20 ist eine Ansaugöffnung 26 vorgesehen, durch die Aussenluft in den von dieser Öffnung 26 ausgehenden Kanal 10 eintritt, der sich nach einem Gebläse 27 in zwei Abschnitte 11,12 teilt und zu zwei Austrittsöffnungen 29 in der Wand 25 des Gehäuses 20 führt. Luft wird vom Gebläse 27 angesaugt, und über einen (bei Verwendung der Vorrichtung zum Kühlen des Innenraumes des Fahrzeuges) mit der warmen Lötstelle des wenigstens einen Thermoelementes 1 in Verbindung stehenden Wärmeleitkörper 15 (Wärmekörper), der mit mehreren im Beispiel parallel verlaufendnen Rippen 16 versehen ist, geleitet.
Die Aussenluft nimmt beim Vorbeistreichen am Wärmeleitkörper 15 Wärme auf und bewegt sich über die Abschnitte 11,12 des Kanals 10 zu den zwei Austrittsöffnungen 29, wo sie erwärmt ins Freie austritt. Der soeben beschriebene Kanal 10,11, 12 für das Kühlen des mit der warmen Lötstelle in Verbindung stehenden Wärmeleitkörpers
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15 ist im oberen Abschnitt des Gehäuses 20, also unmittelbar unter der Platte 22 mit den Solarzellen 23 angeordnet.
In der Wand 30 des Gehäuses 20, die der mit den Einbzw. Austrittsöffnungen 26,29 für Aussenluft versehenen Wand 25 des Gehäuses 20 gegenüberliegt, ist eine sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Wand 30 erstreckende Lufteintrittsöffnung 31, von welcher der zweite Kanal 32 ausgeht, vorgesehen. Durch den Kanal 32 strömt Luft aus dem zu temperierenden Innenraum des Fahrzeuges (oder des sonstigen zu temperierenden, z. B. zu kühlenden Raumes). Die durch die Lufteintrittsöffnung 31 angesaugte Luft strömt entlang des zweiten Kanals 32 über einen ebenfalls mit mehreren im Beispiel parallel ausgerichteten Rippen 33 versehenen zweiten Wärmeleitkörper 34, der - falls der Raum zu kühlen istmit der kalten Lötstelle des wenigstens einen Thermoelementes 1 in wärmeleitender Verbindung steht.
Luft wird durch das Gebläse 40, das dem zweiten Kanal 32 zugeordnet ist, durch eine an der Unterseite des Gehäuses 20 vorgesehene Austrittsöffnung 35 in den zu kühlenden Raum geblasen.
Es ist erkennbar, dass bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden Gebläseräder 40 und 27 auf einer gemeinsamen Welle 41 sitzen und gemeinsam über einen Endlosriemen 42 von einem Elektromotor 43 angetrieben werden.
Bei Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird das wenigstens eine Thermoelement 1 und der Antriebsmotor 43 von den Solarzellen 23 mit Strom versorgt. Der Antriebsmotor 43 setzt die beiden Ventilatoren (Gebläseräder 40,27) in Betrieb, so dass der eine Ventilator Luft durch den Kühlkörper 34 (der mit der kalten Lötstelle verbundene Wärmeleitkörper) und über den Wärmekörper 15 (der mit der warmen Lötstelle verbundene Wärmeleitkörper) fördert.
Das wenigstens eine Thermoelement 1 kühlt bei Betrieb der Vorrichtung einerseits den Kühlkörper 34 ab und erwärmt anderseits den Wärmekörper 15. So wird die durch den Kühlkörper 34 und durch die Öffnung 35 in den Raum strömende Luft abgekühlt und die durch den Wärmekörper 15 und durch die Öffnungen 29 ins Freie strömende Luft erwärmt. Bei stärkerer Sonneneinstrahlung erhöht sich die Leistung des Gerätes automatisch. Somit wird nicht nur die Kühlwirkung des Thermoelementes 1, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der die Gebläse 40,27 angetrieben werden, erhöht.
Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Erwärmen eines umschlossenen Raumes verwendet werden soll, genügt es einfach, die
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Polung des Thermoelementes 1 so zu wählen, so dass die Lötstelle, die mit dem mit der Aussenluft kommunizierenden Kanal 10, 11, 12 zugeordneten Wärmeleitkörper 15 in wärmeleitender Verbindung steht, die kalte Lötstelle ist, und der Wärmeleitkörper 34 in dem mit dem zu erwärmenden Raum kommunizierenden Kanal 30 mit der warmen Lötstelle in wärmeleitender Verbindung steht. Es wird dann durch den mit dem zu temperierenden Raum in Verbindung stehenden Kanal 30 über die Austrittsöffnung 34 erwärmte Luft in den Raum abgegeben.
Durch die bevorzugte Selbsterzeugung von Strom ist das erfindungsgemässe Gerät mobil und von Fremdenergie unabhängig.
Wenn es die Rahmenbedingungen zulassen, z. B. wenn das Fahrzeug in Betrieb ist und Stromentnahme aus der Fahrzeugbatterie ohne weiteres möglich ist, kann die Stromversorgung des erfindungsgemässen Gerätes aus der Fahrzeugbatterie ergänzt werden oder ausschliesslich aus der Fahrzeugbatterie erfolgen. Sinngemässes gilt für die Stromversorgung aus dem Stromnetz.
Ein Beispiel für eine elektrische Schaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird an dem in Fig. 10 gezeigten Schaltplan erläutert.
Die Schaltung besteht aus drei Komponenten : Spannungsversorgung, Anzeigeteil und Last (Thermoelemente, Lüftungsmotor).
Dabei können Teile der Schaltung als gedruckte Schaltung 2 (Fig.
7) ausgeführt sein.
Die Versorgung der Thermoelemente 1 (Thl bis Th4) kann über beispielsweise zwei Spannungsquellen geschehen. Der Benützer kann wählen, ob er nur Solarbetrieb (Usol) oder ob er den grösseren Wirkungsgrad durch Hinzuschalten (Usol + Ubat) der Batterie (Netz, Akku) haben will. (Letzteres wird durch ein Kabel erreicht, welches z. B. in den Zigarettenanzünder des Fahrzeuges und in die Stromzufuhrsteckbuchse 4 der Vorrichtung gesteckt wird.)
Die beiden Stromkreise (Usol, Ubat) sind elektrisch voneinander getrennt. Die Solarzellen speisen den Motor 43 und das wenigstens eine Thermoelement 1 (Thl), die weiteren (drei) Thermoelemente 1 (Th2 bis Th4) können z. B. von der Batterie (Ubat) mit Strom versorgt werden.
Die Schaltung und in Folge die Vorrichtung sind jederzeit durch den Schalter 3 (Sl) ein-und ausschaltbar.
Der Schalter S2 ist ein vierpoliger Umschalter. Da die Vorrichtung alternativ zum Kühlen und zum Heizen geeignet sein
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soll, ist es nötig, die beiden Eingangsspannungen auch invertierbar zu machen, da die Thermoelemente 1 (Thl bis Th4) durch einfache Spannungsumkehr auch ihre Funktion ändern (kühlen -- > wärmen, wärmen -- > kühlen).
Die beiden Leuchtdioden D1 und D2 mit ihren dazugehörigen Vorwiderständen Rvl, Rv2 zur Strombegrenzung zeigen im Batteriebetrieb für den Besitzer die eingestellte Funktion an. Grün D1 bedeutet Kühlbetrieb und rot D2 Heizbetrieb.
Der Lüftungsmotor 43 (M) soll aber unabhängig von der Polarität der Eingangsspannung immer dieselbe Laufrichtung haben.
Dies wird durch Dioden in der Gleichrichterschaltung Gll und G12 erzielt.
Es ist erkennbar, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung eine kompakte, modulartige Bauform besitzt, so dass bei Bedarf auch mehrere solcher "Module" für das Temperieren ein-und desselben Raumes herangezogen werden können. Durch die kompakte modulartige Bauform ist es auch ohne weiteres möglich, wie oben erwähnt, die erfindunggemässe Vorrichtung für das Temperieren (Erwärmen oder Kühlen) verschiedener Räume je nach Bedarf und abwechselnd einzusetzen.
Zusammenfassend kann die Erfindung beispielsweise wie folgt dargestellt werden :
Eine Vorrichtung zum Temperieren (Wärmen oder Kühlen) eines umschlossenen Raumes besitzt wenigstens ein Thermoelement 1, dessen warme und dessen kalte Lötstelle in wärmeleitender Verbindung mit je wenigstens einem Wärmeleitkörper 34 und 15 stehen. In einem die Vorrichtung umschliessenden Gehäuse 20 sind wenigstens zwei Kanäle 10,11, 12 und 33 vorgesehen. Der eine Kanal 10, 11, 12 kommuniziert über Öffnungen 26,29 mit der Umgebungsluft und der andere Kanal 32 kommuniziert über Öffnungen 31,34 mit dem zu temperierenden Raum.
Je einer der beiden Wärmeleitkörper 34,15 ist in einem der beiden Kanäle 10,11, 12 und 32 vorgesehen, so dass von einem Gebläse 40,27 durch die Kanäle 10, 11, 12 und 32 geförderte Luft an den Wärmeleitkörpern 34 und 15 vorbeistreicht.
Zur Stromversorgung des Thermoelementes 1 und des Antriebsmotors 43 für das Gebläse 40,27 sind an der oberen Abdeckung 22 des Gehäuses 20 mehrere Solarzellen 23 vorgesehen.
Bei Verwendung der Vorrichtung zum Kühlen eines Raumes wird an das Thermoelement 1 Spannung so angelegt, dass der in dem
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Kanal 32 vorgesehene Wärmeleitkörper 34 gekühlt und der mit der Umgebungsluft kommunizierende Kanal 10,11, 12 vorgesehene Wärmeleitkörper 15 erwärmt wird.