<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING neergelegd tot staving van een aanvraag voor
BELGISCH OCTROOI geformuleerd door
VEB STAHL- UND KÄLTETECHNIK voor "Thermoelektrische inrichting volgens Peltier met een elektrotech- nische omvormer". als
UITVINDINGSOCTROOI Prioriteit van de oktrooiaanvrage ingediend in Duitsland (Demokratische Republiek) op 9 september 1985 onder het nr WP H 01 L/280 zip naam van VEB STAHL-UND KALTETECHNIK.
<Desc/Clms Page number 2>
Thermoelektrische inrichting volgens Peltier met een elektrotechnische omvormer.
Toepassingsgebied van de uitvinding.
De uitvinding heeft betrekking op een thermoelektrische inrichting met een elektrische omvormer voor het veranderen van de werkspanning, waarbij de thermoelektrische inrichting uit elektrisch in serie en thermisch parallel geschakelde n-en p-geleidende halfgeleiders bestaat en waarbij de omvormer in hoofdzaak bestaat uit een transformator en een bruggelijkrichter met een afvlakinrichting.
Karakteristiek van de bekende technische oplossingen.
Thermoelektrische inrichtingen werden zoals bekend is tot nu toe voor een vooraf bepaalde werkspanning bijvoorbeeld voor 6 V, 12 V of 24 V uitgevoerd, waarbij door de werkspanning het aantal halfgeleiderelementen en door de gewenste koeling de doorsnede daarvan bepaald werd. Voor de aanpassing aan andere werkspanningen werden zo geheten netdelen voorgeschakeld (zie de prospectus respectievelijk de officiële gegevens van de firma's Butler Tropicool en Sunny-Cool). De genoemde inrichtingen hebben het nadeel, dat vanwege de weerstand van de halfgeleider respectievelijk het constante koelvermogen bij toenemende werkspanning het aantal halfgeleiders vergroot en hun doorsnede verkleind moet worden.
Hierdoor worden de vervaardigingskosten aanzienlijk verhoogd. Verder wordt de mechanische stevigheid zowel als de elektrische betrouwbaarheid van de halfgeleiders minder en daarmee de levensduur van de totale inrichting. Dit leidt tot hoge reparatiekosten.
Verder wordt, vanwege de kristallijne structuur van het halfgeleidermateriaal, de homogeniteit van de halfgeleiders minder. Hierdoor zowel als door de noodzakelijke vergroting van het aantal contactplaatsen neemt het specifieke energieverbruik van de regeling belangrijk toe.
Tenslotte is het een groot nadeel van de thermoelektrische inrichting met omvormer, dat een omschakeling van de werk-
<Desc/Clms Page number 3>
spanning van het thermoelektrische deel niet mogelijk is maar dat een speciaal op de nieuwe spanning afgestemde thermoelektrische inrichting zowel als een andere omvormer nodig zijn.
Doel van de uitvinding is om in een thermoelektrische inrichting volgens Peltier met een elektrische omvormer te voorzien, die het mogelijk maakt om de vervaardigingskosten, het energieverbruik en de reparatiekosten te verminderen zowel als het toepassingsgebied zonder bijkomende kosten te vergroten.
Uiteenzetting van de uitvinding De uitvinding beoogt de bekende thermoelektrische inrichtingen volgens Peltier met elektrische omvormer voor het veranderen van de werkspanning zodanig te wijzigen, dat de thermoelektrische inrichting zonder bijkomende kosten of technische veranderingen bij verschillende werkspanningen gebruikt kan worden. Verder worden bij gelijk blijvend koelvermogen en toenemende werkspanning de mechanische stevigheid van de halfgeleiders, de elektrische betrouwbaarheid en de homogeniteit van de halfgeleiders verbeterd.
Dienovereenkomstig voorziet de uitvinding erin dat de elementen van de op de bekende wijze opgebouwde elektrotechnische omvormers op een constante, echter ten opzichte van de van de spanning van de thermoelektrische inrichting afhankelijke stroomsterkte duidelijk grotere stroomsterkte zijn berekend, bijvoorbeeld op een 2-tot 10-maal grotere stroomsterkte, en dat de doorsnede van de halfgeleiders van de thermoelektrische inrichting door de stroomsterkte van de omvormer en het aantal halfgeleiders door het gewenste koelvermogen bepaald wordt.
Met de omvormer volgens de uitvinding wordt ondanks een variabele ingangsspanning bij een constant koelvermogen zoals bij de tot nu toe bekende oplossingen een vermindering van het aantal en een vergroting van de doorsnede van de halfgeleiders bereikt. Deze werking geeft de belangrijke economische voordelen van de uitvinding, dat de kosten voor de vervaardiging en de montage van de half-
<Desc/Clms Page number 4>
geleiders zowel als het totale materiaalgebruik voor halfgeleiders, verbindingselementen en houders verminderd worden.
Verder worden door de vermindering van het aantal contactplaatsen bij een mogelijke vergroting van de contactplaatsen zowel als door de betere homogeniteit van de halfgeleiders de elektrische en mechanische betrouwbaarheid aanzienlijk verhoogd, zodat een grotere levensduur en soms een verlaging van de reparatiekosten verkregen wordt.
Vanwege dezelfde redenen verbetert de thermische en elektrische werking zodanig, dat het energieverbruik bij gelijk blijvend koelvermogen ondanks het bijkomende verbruik van de omvormer aanzienlijk daalt.
Een verder groot voordeel van de uitvinding is tenslotte dat het aansluiten op de inrichting volgens de uitvinding van verschillende spanningen bijvoorbeeld 6 V, 12 V of 24 V zonder enige verandering mogelijk is.
Uitvoeringsvoorbeeld In het navolgende wordt de uitvinding toegelicht aan de hand van een voorbeeld voor een koeltas met een inhoud van 18 1 die op KFZ-batterijen aangesloten dient te worden.
Het op de bekende wijze opgebouwde koudestel, dat bestaat uit warmtewisselaars op de telkens warme soms koude zijde van de Peltierbatterij, wordt volgens de uitvinding voorzien van twee batterijen die elk 15 elementen hebben.
Het totale volume van de halfgeleidersmassa bedraagt 2,3 cm3. Als elektrotechnische omvormer wordt een conventioneel opgebouwde smooromvormer met een referentiespanningsbron, stuur-en vermogenstrap toegepast, die binnen een ingangsspanningsbereik van 6 tot 30 Volt een stroom van ongeveer 8 A bij ongeveer 3 V levert. Met deze regeling wordt bij een benodigd vermogen van ongeveer 36 W een temperatuurverlaging van 20 + 2 K bereikt. De voordelen worden duidelijk door een vergelijking met een gebruikte koelbox met een zelfde koelvermogen.
Voor een ingangsspanning van 6,12 of 24 V worden verschil-
<Desc/Clms Page number 5>
lende koudestellen gemaakt met een benodigd vermogen van 36 W bij 24 V. De drie verschillende koudestellen bestaan uit halfgeleiderbatterijen met in totaal 72 elementen voor het 6 V-koudestel, 140 elementen voor het 12 V-koudestel en 210 elementen voor het 24 V-koudestel.
Het volume van de gebruikte halfgeleidermassa bedraagt 5,52 cm3 bij 6 V, 17,9 cm3 bij 12 V en 26,8 cm3 bij 24 V.
De verkregen temperatuurdaling is bij alle drie varianten 20 2 K. Nogmaals wordt gewezen op de duidelijk hogere kosten en de geringer wordende betrouwbaarheid bij toenemende werkspanning.