<Desc/Clms Page number 1>
Beschrijving Laagvermogen luchtdroger voor kasten met actieve en passieve elektrische en optische componenten.
De huidige uitvinding betreft een toestel welke de lucht uit een 'afgesloten volume' droogt of ontvochtigt. Dit 'afgesloten volume' kan zowel ondergronds of bovengronds opgesteld zijn. Deze uitvinding is in hoofdzaak bestemd voor gebruik onder wisselende atmosferische omstandigheden. Niet tegenstaande kan dit 'afgesloten volume' eveneens in een binnenopstelling onder constante of wisselende atmosferische omstandigheden opgesteld zijn.
Deze 'afgesloten volumes' zullen meestal, maar is niet noodzakelijk, kasten betreffen die passieve en of actieve elektrische componenten herbergen en eventueel ook verbindingsblokken voor telecommunicatie.
Deze kasten kunnen binnen of buiten opgesteld zijn. Binnenin deze kasten heerst een vochtig en gesloten klimaat waarbij het vocht aanwezig in de lucht binnenin de kast, bij het dalen van de temperatuur, zal condenseren. Dit afgezet condensatievocht is oorzaak van vele storingen die optreden door lekstromen die hun basis vinden in dit condensatievocht. Tevens zal dit condensatievocht aanleiding geven tot corrosie van de geleiders en de contactpunten. Deze corrosie is een bijkomende oorzaak van storingen. Tevens is dit condensatievocht schadelijk voor de elektronische componenten die door dit vocht sneller zullen degraderen. Ook voor relais is het onontbeerlijk dat de kast condensatie vrij is. Eén druppel condensatievocht is voldoende om bij vorst een relais te laten blokkeren.
Bij kasten voor buitenopstelling kan dit vochtgehalte van de lucht in de kast nog gevoelig hoger liggen door opstijgend vocht uit de grond die de kast kan binnentreden langs de soms gebrekkige afdichting van de kabels t. o.v. de basisplaat van de kast.
Om dit condensatieprobleem op te lossen bestaan reeds verschillende systemen zoals : # Verwarmingstoestellen met halfgeleiders # Verwarmingsradiatoren # Allerhande verwarmingselementen (soldeerbout, elektrische weerstanden,...) Deze systemen hebben allen het nadeel dat de temperatuur in de kast gevoelig verhoogd wordt, soms hoger dan de voorziene gebruikstemperatuur van de componenten en soms ook hoger dan de veiligheidsnorm voorschrijft. Deze toestellen zijn ook grote vermogenvreters in vergelijking met de in dit document beschreven oplossing.
Er is een Frans document bekend FR 2. 606.900 dat een toestel beschrijft voor regeling van de luchtvochtigheid tot juist onder de grenzen van condensatie op koude oppervlakken voor gebruik in zwembaden en onverwarmde lokalen. Dit toestel dat met thermo-elektrische elementen werkt is niet aangepast voor afgesloten ruimtes of verwarmde ruimtes.
Een ander Frans document FR 2. 740.540 die een luchtontvochtigingsprocédé beschrijft op basis van thermo-elektrische componenten is ons ook bekend. Niet tegenstaande dit document een procédé beschrijft is er ook melding gemaakt van toestellen welke het vocht uit de lucht zouden halen zonder de nadelen die verbonden zijn door het opwarmen van de lucht in een afgesloten volume door
<Desc/Clms Page number 2>
radiatoren, toestellen op basis van elektrische weerstanden, toestellen met halfgeleiders, enz.. Dit document beschrijft een toestel welke zeker bruikbaar is voor badkamers, kleedkamers van zwembaden e.d.. Tevens vermeldt dit document een andere toepassing (toestel) bestemd voor metalen kasten gebruikt in de industrie.
De nadelen van dit beschreven toestel: # Kan enkel werken bij kasten met thermisch goed geleidende wanden (metalen kasten) # Condensatievocht op ongewenste plaatsen (kastwand) # Moeilijkheden om de oorspronkelijke IP-graad (EN 60529) te behouden # Moeilijk inbouwbaar # Evacuatie van het vocht gebeurt op een dubieuze wijze # Temperatuurdaling in de kast door het gescheiden opstellen van warme en koude zijde # Laag rendement door het werken met stilstaande lucht en het verwezenlijken van een thermische kortsluiting tussen warme en koude zijde Het doel van de in deze brevetaanvraag beschreven uitvinding is de lucht aanwezig in een afgesloten kast (volume) voor elektrische-, optische componenten,
allerhande verbindingsmodaliteiten,...te drogen (ontvochtigen) tot op een zeker niveau zonder één van deze hierboven aangehaalde nadelen die bekend zijn bij de huidige stand van de techniek om zo condensatievocht te vermijden in dit afgesloten volume. Geen condensatievocht in dit afgesloten volume betekent een gevoelige daling van het aantal storingen die veroorzaakt werden door dit condensatievocht.
De nadelen bekend bij de huidige stand van de techniek zijn: # Condensatievocht op ongewenste plaatsen in het afgesloten volume # Relatief groot vermogen noodzakelijk (ongeveer 200 watt/m3) # Opwarmen van de lucht in de kast tot een hoger niveau dan het oorspronkelijke # Moeilijkheden om de oorspronkelijke IP-graad (EN 60529)
te behouden # Moeilijk inbouwbaar # Evacuatie van het vocht gebeurt op een dubieuze wijze # Temperatuurdaling in de kast door het gescheiden opstellen van warme en koude zijde # Laag rendement door het werken met stilstaande lucht en het verwezenlijken van een thermische kortsluiting tussen warme en koude zijde # Enkel bruikbaar bij kasten met wanden uit goed thermisch geleidende materialen.
De hier beschreven uitvinding is bruikbaar bij kasten gemaakt uit allerhande soorten materialen zoals: metaal, polyester, polycarbonaat, hout, ..... Het beschreven toestel zal de lucht drogen in de kast tot een bepaald niveau zonder: # Een noemenswaardige temperatuurswijziging t. o.v. het oorspronkelijke niveau (max. + 2 C) # Afzetting van condensatie op ongewenste plaatsen # Een aantasting van de oorspronkelijke IP-graad (EN 60529) # Veel plaats in te nemen # Veel vermogen te consumeren
<Desc/Clms Page number 3>
Door het gebruik van halfgeleider thermo-elektrische elementen kan het toestel zeer compact gehouden worden. Deze compactheid is een groot voordeel bij de inbouw van deze uitvinding.
Deze uitvinding zal vaak moeten ingebouwd worden in reeds bestaande kasten waarvan maar achteraf werd vastgesteld dat er zich een probleem voordoet met condensatievocht. Daardoor zijn deze kasten reeds overvol en geniet deze uitvinding het voordeel dat door zijn compactheid deze gemakkelijk ingebouwd kunnen worden in reeds bestaande situaties.
Dit toestel is door zijn laag vermogen dat het opneemt gemakkelijk te voeden. Dit voeden kan gebeuren door gebruik te maken van: # Een netvoeding die getransformeerd wordt naar een zeer lage veiligheidsspanning waardoor het toestel aan alle veiligheidsnormen voor elektrische installaties voldoet # Zonne-energie # Batterijen # Op afstand door bijvoorbeeld een telefoonlijn rekening houdend met de volgende normen IEC 479-1, IEC 60950-1, IEC 60950-21, ETSI EN 302 099 Beschrijving van de uitvinding aan de hand van de volgende figuren: Figuur 1 : doorsnedevan het toestel Figuur 2 :globaal overzicht van de principe werking Figuur 3 : met specifieke vorm van de behuizing + externe geforceerde luchtstroom Figuur 4:
toestel met specifieke vorm van de behuizing met tweede behuizing + tweede ventilator Figuur 5 : met specifieke vorm van de behuizing en geforceerde luchtstroom Figuur 6 : (informatief) De uitvinding betreft een zeer compact toestel die het vocht uit een gesloten omgeving wegneemt tot een niveau waarbij er zich geen condensatievocht meer kan afzetten op andere componenten in de kast dan de koude zijde (1) van het hier beschreven toestel. Door zijn vormgeving en door optimaal gebruik te maken van de wetten van de aërodynamica werkt het toestel optimaal en kan het vermogen laag gehouden worden. Dit laag vermogen geeft aanleiding tot het gemakkelijk voeden van het toestel waarbij aan alle veiligheidsnormen voor elektrische installaties kan voldaan worden.
Het toestel bevat minstens: # 1 koude zijde bevindend in een onderdruk atmosfeer(1) # 1 thermo-elektrisch element (2) # 1 warme zijde (3) # isolatiemateriaal tussen warme en koude zijde (4) # 1 ventilator (5) # 1 behuizing (6) # 1 inlaatopening koellucht (7) grootte volgens berekeningen # 1 uitlaatopening (8) koellucht + gedroogde lucht grootte volgens berekeningen # 1 instroomopening gedroogde lucht (9) grootte volgens berekeningen
<Desc/Clms Page number 4>
# 1 afwateringsinrichting (10) # 1 condenswater verzamelruimte (11) Het thermo-elektrisch element (2)
werkt na het aanleggen van een gelijkspanning als een warmtepomp waarbij er latente warmte wordt gepompt van de koude zijde (1 ) naar de warme zijde (3). Daardoor zal de koude zijde van het thermo-elektrisch element afkoelen alsook de koude zijde van het toestel. Aan de warme zijde van het toestel gebeurt het tegenovergestelde t. t.z. deze zal opwarmen met ongeveer hetzelfde temperatuursverschil als de koude zijde afkoelt. Door het goed op elkaar afstellen van de verschillende elementen van het toestel bereikt men een temperatuur aan de koude zijde (1) die lager ligt dan het dauwpunt. Daardoor zal de lucht die in contact komt met de koude zijde afkoelen waardoor het aanwezige vocht uit de afgekoelde lucht verplicht is om neer te slaan op deze koude zijde (1 ).
Door de specifieke vorm van het toestel samen met een juiste keuze van de grootte van de openingen ontstaat er ter hoogte van de koude zijde een lichte onderdruk bij werking van de ventilator (5). De ventilator (5) zuigt koellucht (14) voor het koelen van de warme zijde aan door opening (7). Door het aanzuigen van deze lucht ontstaat er een sterke luchtstroom van opening (7) naar opening (8) waardoor er een onderdruk (12') ontstaat onder de warme zijde (3) van het toestel. Deze zone van onderdruk zet zich verder door opening (9) tot voor de koude zijde, waardoor er een onderdruksfeer (12) ter hoogte van de koude zijde (1 ) aanwezig is. Door de onderdruk (12') onderaan de warme zijde (3) wordt de gedroogde lucht (13) continu weggezogen van voor de koude zijde (1) waardoor er andere lucht zich dient aan te bieden in deze onderdruksfeer (12) die tevens gedroogd zal worden.
Door de juiste keuze van de openingen wordt de graad van verversing van de lucht ter hoogte van de koude zijde bepaalt. Het is belangrijk te weten dat de opening (7) een weinig kleiner gemaakt dient te worden dan opening (8) om een onderdruk onder de warme zijde (3) te kunnen doen ontstaan.Doordat er gebruik wordt gemaakt van een ventilator (5) is er continu luchtcirculatie in de kast waardoor de lucht in de kast voldoende in beweging is om in zijn totaliteit voldoende gedroogd te worden om zo condensatie te voorkomen op ander delen in de kast dan de koude zijde (1 ) van het toestel.
Het condensatiewater loopt onder invloed van de zwaartekracht door opening (9) waar dit water verzameld wordt in de ruimte (11 ) van waaruit het door de afwateringsinrichting (10) buiten de kast wordt afgevoerd.
De voornaamste principes die aanwezig moeten zijn in de te behandelen kast, zijn: # een onderdruksfeer (12) ter hoogte van de koude zijde (1) # voldoende luchtcirculatie in de kast # een koude zijde (1 ) waarvan de temperatuur zich steeds onder het dauwpunt bevindt # een evacuatie-inrichting van het condensatievocht tot buiten de kast (10) # bij omgevingstemperaturen tussen 0 C en 0 C + delta t een elektronisch meet en regelsysteem (18) # De temperatuur van de koude zijde is gelijk aan de omgevingstemperatuur - delta t # De temperatuur van de warme zijde is gelijk aan de omgevingstemperatuur + delta t .
<Desc/Clms Page number 5>
Op figuur 2 worden deze principes schematisch weergegeven.
Er werd een prototype vervaardigd met als doel het condensvrij houden van een kast van 150 I. Deze kast was opgesteld in de buitenlucht. Er werd gedurende meer dan 1 jaar metingen uitgevoerd op deze opstelling. Ter info kan er medegedeeld worden dat er uit metingen die voorafgegaan zijn aan het opmaken van dit document, we hebben vastgesteld dat met de hier beschreven uitvinding de relatieve vochtigheid in een kast met een volume van 150 I. daalde met 10 %. Dit betekent dat men steeds ruim onder de drempelwaarde van condensatie blijft namelijk 95% relatieve vochtigheid. Deze metingen werden hier bijgevoegd (fig. 6) en duiden ook aan dat de isolatieweerstand van geleidingen die in deze kast aanwezig waren steeds de maximale te meten isolatieweerstand weergaven.
Tevens ter info was het toegevoegde vermogen aan het toestel amper 5 watt de voedingsspanning 5V en het toestel nam een volume in van 175 cm3.
Andere manieren om aan die onderdrukzone ter hoogte van de koude zijde te voldoen worden hierna beschreven maar zijn zeker niet limitatief.
Voor gebruik bij lage temperaturen is het noodzakelijk om een meet- en regelsysteem te voorzien die bij gepaste tijden het thermo-elektrisch element uitschakelt of desgevallend ompoolt om ijsvorming op de koude zijde (1) te voorkomen. Bij het ontdooiproces zullen de ijskristallen overgaan in water en al zo ook afvloeien buiten de kast.
Wanneer de temperatuur van de koude zijde lager is dan 0 C zal het condensatievocht aanvriezen op de koude zijde. Dit is niet zo erg maar ijs is tevens een isolator die de goede werking van het toestel verstoort in het temperatuursdomein van de omgevingstemperatuur gelegen tussen 0 C en 0 C + delta t . Voor een optimale werking van het toestel te behouden is er voor deze temperatuurszone een elektronisch meet en regelinrichting (18) voorzien dat er voor zorgt dat het ijs op de koude zijde op regelmatige tijdstippen ontdooid wordt. De elektronische schakeling bezit een temperatuursvoeler op de koude zijde die bij -1 C het thermo-elektrisch element ompoolt waardoor de koude zijde tijdelijk de warme zijde wordt en de warme zijde tijdelijk de koude zijde wordt doordat de elektronenstroom in het thermo-elektrisch element omkeert van zin.
Daardoor zullen de ijskristallen smelten en het ontdooide ijs afvloeien buiten de kast. Bij een voldoende hoge temperatuur van de koude zijde poolt het thermo-elektrisch element terug om zodat de normale werking van het toestel weer op gang gebracht wordt tot wanneer de koude zijde opnieuw -1 C bereikt. De aanduiding van de negatieve temperatuur voor de koude zijde van -1 C is louter informatief en kan tevens een temperatuur zijn die in deze omgeving ligt zonder dat de goede werking van het toestel in het gedrang komt.
Werkingscondities van het toestel in de verschillende temperatuurszones:
1.omgevingstemperatuur is hoger of gelijk aan de temperatuur 0 C + delta t : toestel is in werking maar de elektronische meet en regelinrichting (18) heeft geen invloed
2. omgevingstemperatuur gelegen in de temperatuurszone van 0 C tot 0 C + delta t : toestel in werking samen met de elektronische meet en regelinrichting (18)
3. omgevingstemperatuur lager dan 0 C toestel volledig uitgeschakeld.
<Desc/Clms Page number 6>
Het ompolen van het thermo-elektrisch element in de temperatuurszone tussen 0 C en 0 C + delta t kan ook vervangen worden door het tijdelijk uitschakelen van het thermo-elektrisch element waardoor het ontdooiproces iets trager zal verlopen. Ter informatie hebben we vastgesteld bij het prototype dat bij het uitschakelen van het thermo-elektrisch element de ontdooitijd van de koude zijde rond de 20 seconden lag.
Bij temperaturen lager dan 0 C is de absolute vochtigheid zeer laag. Daardoor is de vorming van condensatievocht zo goed als onbestaande bij deze negatieve temperaturen. Tevens is de relatieve vochtigheid bij vriesweer steeds gunstig om condensatie te voorkomen. Bij deze negatieve temperaturen kan men het toestel volledig uitschakelen of gewoon in werking laten met een vermindert rendement ten gevolge van ijsvorming aan de koude zijde (1 ) van het toestel.
Men zou ook de lucht in de kast kunnen opwarmen tot boven de 0 C en het toestel in werking laten.
Andere manieren om een onderdrukzone (12) te creëren ter hoogte van de koude zijde (1) zijn aangeduid in de figuur 3. De figuren 3,4 en 5 stellen éénzelfde type toestel voor als hierboven beschreven waarvan de behuizing (6) een specifieke vorm heeft en in de volgende tekst en figuren daardoor ook (6') genoemd wordt. Door deze vorm is de afgelegde weg van de geforceerde luchtstroom (16) ter hoogte van de koude zijde langer dan deze aan de tegenoverliggende zijde waardoor er een onderdruk ontstaat ter hoogte van deze koude zijde. Verder is de werking ervan identiek aan deze hierboven beschreven.
De geforceerde luchtstroom kan veroorzaakt worden door een externe ventilator.
Deze bijkomende ventilator (15) kan al dan niet in een tweede behuizing (17) geplaatst worden.
De nodige geforceerde luchtstroom kan ook veroorzaakt worden door een ventilator die gebruikt wordt om andere delen te koelen zoals bijvoorbeeld PCB 's die in de kast aanwezig zijn. Het toestel kan dan in de uitgaande luchtstroom van deze koelinstallatie geplaatst worden. In dit geval maakt de externe ventilator deel uit van een ander toestel.
<Desc / Clms Page number 1>
Specification Low power air dryer for cabinets with active and passive electrical and optical components.
The present invention relates to a device which dries or dehumidifies the air from a 'sealed volume'. This 'sealed volume' can be arranged underground or above ground. This invention is primarily intended for use under varying atmospheric conditions. Notwithstanding this, this 'sealed volume' can also be arranged in an indoor installation under constant or changing atmospheric conditions.
These 'closed volumes' will usually, but not necessarily, relate to cabinets that accommodate passive and / or active electrical components and possibly also connection blocks for telecommunications.
These cabinets can be arranged inside or outside. Inside these cabinets there is a moist and closed climate in which the moisture present in the air inside the cabinet will condense when the temperature drops. This deposited condensation moisture is the cause of many failures that occur due to leakage currents that are based on this condensation moisture. This condensation moisture will also give rise to corrosion of the conductors and the contact points. This corrosion is an additional cause of malfunctions. This condensation moisture is also harmful to the electronic components that will degrade faster due to this moisture. Also for relays, it is essential that the cabinet is free of condensation. One drop of condensation moisture is sufficient to block a relay in case of frost.
With outdoor cupboards, this moisture content of the air in the cupboard can be considerably higher due to rising moisture from the ground that can enter the cupboard along the sometimes defective seal of the cables t. o.v. the base plate of the cabinet.
To solve this condensation problem, various systems already exist such as: # Heating devices with semiconductors # Heating radiators # All kinds of heating elements (soldering iron, electrical resistors, ...) These systems all have the disadvantage that the temperature in the cabinet is raised, sometimes higher than the anticipated operating temperature of the components and sometimes also higher than the safety standard prescribes. These devices are also large power consumers in comparison with the solution described in this document.
A French document is known FR 2. 606.900 which describes a device for controlling the humidity to just below the limits of condensation on cold surfaces for use in swimming pools and unheated rooms. This device that works with thermoelectric elements is not adapted for enclosed spaces or heated spaces.
Another French document FR 2. 740.540 which describes an air dehumidification process based on thermoelectric components is also known to us. Notwithstanding this document describing a process, mention has also been made of devices which would remove the moisture from the air without the disadvantages associated with heating the air in a sealed volume by
<Desc / Clms Page number 2>
radiators, devices based on electrical resistances, devices with semiconductors, etc. This document describes a device that is certainly usable for bathrooms, changing rooms of swimming pools, etc. Also, this document mentions another application (device) intended for metal cabinets used in the industry.
The disadvantages of this device described: # Can only work with cabinets with thermally conductive walls (metal cabinets) # Condensation moisture in undesired places (cabinet wall) # Difficulties in maintaining the original IP degree (EN 60529) # Difficult to install # Evacuation of the moisture is dubious # Temperature drop in the cabinet due to the separate arrangement of hot and cold sides # Low efficiency due to working with still air and the realization of a thermal short circuit between hot and cold side The purpose of the license described in this license application invention, the air is present in a closed cabinet (volume) for electrical, optical components,
all kinds of connection modalities, ... to dry (dehumidify) to a certain level without any of the above-mentioned disadvantages that are known in the current state of the art in order to avoid condensation moisture in this sealed volume. No condensation moisture in this sealed volume means a significant decrease in the number of failures caused by this condensation moisture.
The disadvantages known to the current state of the art are: # Condensation moisture at unwanted places in the sealed volume # Relatively large power required (about 200 watts / m3) # Heating up the air in the cabinet to a higher level than the original # Difficulties to the original IP degree (EN 60529)
to maintain # Difficult to install # Evacuation of moisture occurs in a dubious way # Temperature drop in the cabinet due to separate arrangement of hot and cold sides # Low efficiency due to working with stationary air and achieving a thermal short circuit between hot and cold sides # Only usable with cabinets with walls made of good thermally conductive materials.
The invention described here can be used in cabinets made from all kinds of materials such as: metal, polyester, polycarbonate, wood, etc. The device described will dry the air in the cabinet to a certain level without: # A significant change in temperature. o.v. the original level (max. + 2 C) # Deposition of condensation in undesired places # An attack on the original IP degree (EN 60529) # Lots of space to take up # Lots of power to consume
<Desc / Clms Page number 3>
By using semiconductor thermoelectric elements, the device can be kept very compact. This compactness is a major advantage in the incorporation of this invention.
This invention will often have to be built into existing cabinets, of which it has been established afterwards that there is a problem with condensation moisture. As a result, these cabinets are already overcrowded and the present invention has the advantage that due to its compactness they can easily be built into existing situations.
This device is easy to feed due to its low power consumption. This power supply can be done by using: # A power supply that is transformed to a very low safety voltage so that the device meets all safety standards for electrical installations # Solar energy # Batteries # Remotely by for example a telephone line taking into account the following standards IEC 479-1, IEC 60950-1, IEC 60950-21, ETSI EN 302 099 Description of the invention with reference to the following figures: Figure 1: cross section of the device Figure 2: global overview of the principle of operation Figure 3: with housing specific shape + external forced air flow Figure 4:
device with specific shape of the housing with second housing + second fan Figure 5: with specific shape of the housing and forced air flow Figure 6: (informative) The invention relates to a very compact device that removes moisture from a closed environment to a level where condensation moisture can no longer be deposited on other components in the cabinet than the cold side (1) of the device described here. Due to its design and by making optimum use of the laws of aerodynamics, the device works optimally and the power can be kept low. This low power gives rise to the easy feeding of the device whereby all safety standards for electrical installations can be met.
The device contains at least: # 1 cold side in an underpressure atmosphere (1) # 1 thermoelectric element (2) # 1 warm side (3) # insulation material between hot and cold side (4) # 1 fan (5) # 1 housing (6) # 1 inlet opening cooling air (7) size according to calculations # 1 outlet opening (8) cooling air + dried air size according to calculations # 1 inlet opening dried air (9) size according to calculations
<Desc / Clms Page number 4>
# 1 drainage device (10) # 1 condensation water collection area (11) The thermoelectric element (2)
acts as a heat pump after applying a direct voltage, pumping latent heat from the cold side (1) to the warm side (3). As a result, the cold side of the thermoelectric element will cool as well as the cold side of the device. On the warm side of the device, the opposite happens t. i.e. it will heat up with approximately the same temperature difference as the cold side cools. By properly aligning the various elements of the device, a temperature on the cold side (1) that is lower than the dew point is achieved. As a result, the air that comes into contact with the cold side will cool down, as a result of which the moisture present in the cooled air is obliged to settle on this cold side (1).
The specific shape of the device together with a correct choice of the size of the openings creates a slight underpressure at the cold side when the fan operates (5). The fan (5) draws in cooling air (14) for cooling the hot side through opening (7). By sucking in this air, a strong air flow is created from opening (7) to opening (8), creating an underpressure (12 ') under the hot side (3) of the device. This underpressure zone further extends through opening (9) up to the cold side, so that an underpressure atmosphere (12) is present at the level of the cold side (1). Due to the underpressure (12 ') at the bottom of the warm side (3), the dried air (13) is continuously sucked away from before the cold side (1), as a result of which other air must present itself in this underpressure atmosphere (12) which will also be dried to become.
The correct choice of the openings determines the degree of refreshing of the air at the cold side. It is important to know that the opening (7) must be made a little smaller than opening (8) in order to be able to create an underpressure under the hot side (3). Because a fan (5) is used there is continuous air circulation in the cupboard, so that the air in the cupboard is sufficiently in motion to be sufficiently dried in its entirety to prevent condensation on other parts of the cupboard than the cold side (1) of the appliance.
The condensation water passes through opening (9) under the influence of gravity, where this water is collected in the space (11) from which it is drained outside the cabinet by the drainage device (10).
The main principles that must be present in the cabinet to be treated are: # an underpressure atmosphere (12) near the cold side (1) # sufficient air circulation in the cabinet # a cold side (1) whose temperature is always below dew point is # an evacuation device of the condensation moisture outside the cabinet (10) # at ambient temperatures between 0 C and 0 C + delta t an electronic measuring and control system (18) # The temperature of the cold side is equal to the ambient temperature - delta t # The temperature of the warm side is equal to the ambient temperature + delta t.
<Desc / Clms Page number 5>
Figure 2 shows these principles schematically.
A prototype was made with the aim of keeping a 150 I cabinet free of condensation. This cabinet was installed in the open air. Measurements were performed on this set-up for more than 1 year. For information it can be stated that from measurements that preceded the preparation of this document, we have established that with the invention described here the relative humidity in a cabinet with a volume of 150 l decreased by 10%. This means that one always remains well below the threshold value of condensation, namely 95% relative humidity. These measurements were added here (Fig. 6) and also indicate that the insulation resistance of conductors present in this cabinet always represented the maximum insulation resistance to be measured.
Also for your information, the added power to the device was barely 5 watts, the supply voltage was 5V and the device took a volume of 175 cm3.
Other ways of satisfying that underpressure zone at the cold side are described below but are by no means limitative.
For use at low temperatures, it is necessary to provide a measuring and control system that switches off the thermoelectric element at suitable times or reverses it if necessary to prevent ice from forming on the cold side (1). During the thawing process, the ice crystals will turn into water and thus flow away outside the cupboard.
When the temperature of the cold side is lower than 0 C, the condensation moisture will freeze on the cold side. This is not so bad, but ice is also an insulator that disrupts the proper functioning of the device in the temperature domain of the ambient temperature between 0 C and 0 C + delta t. To maintain optimum operation of the device, an electronic measuring and control device (18) is provided for this temperature zone which ensures that the ice on the cold side is defrosted at regular intervals. The electronic circuit has a temperature sensor on the cold side that polarizes the thermoelectric element at -1 C, as a result of which the cold side temporarily becomes the warm side and the warm side temporarily becomes the cold side because the electron current in the thermoelectric element reverses from sense.
As a result, the ice crystals will melt and the thawed ice will drain outside the cabinet. At a sufficiently high temperature on the cold side, the thermoelectric element reverses its polarity so that the normal operation of the device is restored until the cold side again reaches -1 C. The indication of the negative temperature for the cold side of -1 C is purely informative and may also be a temperature in this environment without compromising the proper functioning of the device.
Operating conditions of the device in the different temperature zones:
1. ambient temperature is higher or equal to the temperature 0 C + delta t: device is operating but the electronic measuring and control device (18) has no influence
2. ambient temperature located in the temperature zone from 0 C to 0 C + delta t: device in operation together with the electronic measuring and control device (18)
3. ambient temperature lower than 0 C device completely switched off.
<Desc / Clms Page number 6>
The polarity reversal of the thermoelectric element in the temperature zone between 0 ° C and 0 ° C + delta t can also be replaced by the temporary switching off of the thermoelectric element, as a result of which the defrosting process will be slightly slower. For information, we have established with the prototype that when the thermoelectric element was switched off, the defrosting time of the cold side was around 20 seconds.
At temperatures below 0 C the absolute humidity is very low. As a result, the formation of condensation moisture is virtually non-existent at these negative temperatures. The relative humidity in freezing weather is also always favorable to prevent condensation. At these negative temperatures, the device can be completely switched off or simply left in operation with a reduced efficiency due to ice formation on the cold side (1) of the device.
One could also heat the air in the cabinet to above 0 C and let the device operate.
Other ways of creating an underpressure zone (12) at the cold side (1) are indicated in figure 3. Figures 3, 4 and 5 represent the same type of device as described above, the housing (6) of which has a specific shape and is therefore also referred to as (6 ') in the following text and figures. Because of this shape, the distance traveled by the forced air flow (16) at the cold side is longer than that on the opposite side, creating an underpressure at the height of this cold side. Furthermore, its operation is identical to that described above.
The forced air flow can be caused by an external fan.
This additional fan (15) may or may not be placed in a second housing (17).
The necessary forced air flow can also be caused by a fan that is used to cool other parts such as, for example, PCBs present in the cabinet. The device can then be placed in the outgoing air flow of this cooling installation. In this case, the external fan is part of another device.