CH675154A5

CH675154A5 -

Info

Publication number: CH675154A5
Application number: CH23/88A
Authority: CH
Inventors: Virgil Kuenzle
Original assignee: Chemonorm Ag
Priority date: 1988-01-05
Filing date: 1988-01-05
Publication date: 1990-08-31
Also published as: EP0350502B1; FI894038A; DK437089D0; WO1989006335A1; NO893534D0; NO170743C; AU627705B2; AU2797689A; FI894038A0; NO893534L; ATE83309T1; BR8807399A; DE3876621D1; DK437089A; NO170743B; EP0350502A1; JPH02502846A

Description

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CH 675 154 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlaggregat für einen Kühlschrank, insbesondere einen Kleinkühlschrank.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kühlaggregates der genannten Art, das keine beweglichen Teile aufweist, völlig wartungsfrei ist, eine lange Lebensdauer hat, zu seinem Betrieb nur verhältnismässig wenig elektrische Energie verbraucht und keine Einschalt-Leistungsspitzen aufweist.

Diese Aufgabe ist durch die Schaffung des im Patentanspruch 1 definierten Kühlaggregates gelöst.

Beim erfindungsgemässen Kühlaggregat ist als Kältequelle ein bekanntes thermoelektrisches Pel-tier-Element vorhanden, das einerseits mit einem im Innern des Kühlschrankes anzuordnenden ersten Wärmetauscher und anderseits mit einem an einer Aussenwand des Kühlschrankes anzuordnenden zweiten Wärmetauscher in wärmeleitender Verbindung steht, derart, dass beim Zuführen elektrischer Energie in den Speisestromkreis des Peletier-Elementes ein Wärmetransport vom ersten zum zweiten Wärmetauscher stattfindet. Für die Regelung der Zufuhr elektrischer Energie zum Speisestromkreis des Peltier-Elementes ist eine elektrische Schaltungsanordnung vorgesehen.

Zweckmässige Weiterbildungen des erfindungsgemässen Kühlaggregates ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Einzelheiten der Erfindung und die mit ihr erzielten Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie 1-1 in Fig. 2 durch einen Teil eines Kühlschrankes und eine Draufsicht auf ein am Kühlschrank angebautes Kühlaggregat nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, in grösserem Massstab;

Fig. 3 eine elektrische Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln der Energiezufuhr zum ther-moelektrischen Peltier-Element des Kühlaggregates.

Gemäss den Fig. 1 und 2 weist ein Kühlschrank 10 eine Rückwand 11 und zwei Seitenwände 12 und 13 auf, die über die Rückwand 11 hinaus nach hinten vorspringen. Die Innenflächen des Kühlschrankes 10 sind mit einer Isolierschicht 14 belegt. Ein aus Metall, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, bestehender Wärmeleitblock 15 ist in eine Durchbrechung 16 der Rückwand 11 und der dortigen Isolierschicht 14 passend eingelassen. An diesem Wärmeleitblock 15 ist mittels Schrauben 17 ein an der Rückseite des Kühlschrankes angeordneter Metallblock 18 befestigt, und zwar unter Zwischenschaltung eines thermoelektrischen Peltier-Elementes 19, das mittels der Schrauben 17 zwischen den beiden Metallblöcken 15 und 18 festgeklemmt ist. Das Peltier-Element 19 ist ein handelsübliches Exemplar,

das z.B. von der Nordamerikanischen Firma Mel-cor unter der Typenbezeichnung 1.4/127.06L geliefert wird. Es ist sandwichartig ausgebildet und weist zwischen zwei gut wärmeleitenden, aber elektrisch isolierenden Endplatten, die mit den beiden Blöcken 15 und 18 in wärmeleitender Berührung sind, mehrere Paare von Halbleiter-Organen auf, die intern elektrisch in Reihe geschaltet sind und den Speisestromkreis des Peltier-Elementes bilden. Da solche Peltier-Elemente wie erwähnt handelsüblich sind, kann hier auf eine ausführliche Beschreibung und zeichnerische Darstellung verzichtet werden.

An dem im Innern des Kühlschrankes 10 liegenden Ende des Wärmeleitblockes 15 ist ein weiterer Metallblock 20 mittels Schrauben 21 befestigt, so dass die Blöcke 15 und 20 in guter Wärmeleitverbindung stehen. Der Metallblock 20 weist eine Bohrung 22 auf, in welcher eine Endpartie eines sogenannten Wärmerohres 23 sitzt, das im übrigen mit einer grösseren Anzahl von Konvektionslamellen 24 versehen ist. Das Wärmerohr 23 besteht in bekannter Weise aus einem an beiden Enden verschlossenen, evakuierten Kupferrohr, das mit gesättigtem Dampf von hochreinem Wasser gefüllt und an seinen zylindrischen Innenflächen mit einem als Docht wirkenden Belag 25 (Fig. 2) versehen ist. Wärmerohre dieser Art sind ebenfalls handelsüblich und werden z.B. von der Firma Furukawa Electric Co.Ltd., Tokyo (Japan), hergestellt und unter der Typenbezeichnung SB 100 auf den Markt gebracht. Der Metallblock 20, das Wärmerohr 23 und die Lamellen 24 bilden zusammen einen ersten Wärmetauscher, der im Innern des Kühlschrankes 10 angeordnet ist.

Der bereits erwähnte Metallblock 18 an der Rückseite des Kühlschrankes 10 weist zwei parallele Bohrungen 26 und 27 auf, in denen je eine Endpartie eines Wärmerohres 28 bzw. 29 sitzt. Diese zwei Wärmerohre 28 und 29 sind gleich ausgebildet wie das zuvor beschriebene Wärmerohr 23 und sind ebenfalls je mit einer grösseren Anzahl von Konvektionslamellen 30 bzw. 31 versehen. Der Metallblock 18 und die Wärmerohre 28 und 29 mit ihren Lamellen 30 und 31 bilden zusammen einen zweiten Wärmetauscher, der sich an der Aussenseite der Rückwand 11 des Kühlschrankes befindet.

Oben auf dem Metallblock 18 ist mittels Schrauben 32 (Fig. 2) ein Gehäuse 33 befestigt, das eine elektrische Schaltungsanordnung zum automatischen Regeln der Zufuhr elektrischer Energie zum bereits erwähnten Speisestromkreis des Peltier-Elementes 19 enthält. In Fig. 3 ist die elektrische Schaltungsanordnung schematisch dargestellt und generell mit 34 bezeichnet.

Die elektrische Schaltungsanordnung 34 weist einen elektronischen Spannungskomparator 35 mit zwei Eingängen 36 und 37 sowie einem Ausgang 38 auf. An den positiven Eingang 36 ist eine konstante Referenzspannung Ui angelegt, die mittels eines Brückengleichrichters 39 erzeugt, durch zwei Kondensatoren 40, 41 und einen Widerstand 42 geglättet, mittels eines Spannungsstabilisators 43 auf einen konstanten Wert Uo stabilisiert und mit Hilfe eines Spannungsteilers 44, 45 auf den gewünschten Wert Ui reduziert wird. Der Brückengleichrichter 39 weist zwei Anschlussklemmen 46 und 47 auf, die

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über einen nicht dargestellten Transformator an das Wechselstromnetz anzuschliessen sind.

Am negativen Eingang 37 des Spannungskompa-rators 35 liegt der Abgriff eines zweiten Spannungsteilers 48, 49, der die stabilisierte Spannung Uo auf einen variablen Wert IJ2 vermindert. Dieser zweite Spannungsteiler besteht aus einem einstellbaren Festwiderstand 48 und einem variablen Widerstand 49, der einen ausgeprägten negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) aufweist und als Temperaturfühler dient. Gemäss Fig. 2 ist der Wärmeleitblock 15 mit einer Bohrung 50 zur Aufnahme des variablen Widerstandes 49 versehen, der mit zwei Anschlussklemmen 51, 52 der Schaltungsanordnung 34 in Verbindung steht. Ein Kondensator 53 dient der Unterdrückung von kurzzeitigen Schwankungen der variablen Spannung U2.

Der Ausgang 38 des Spannungskomparators 35 ist über einen Schutzwiderstand 54 mit dem Steuereingang 55 eines elektronischen FET-Schalters 56 verbunden, der in den Speisestromkreis des Pel-tier-Elementes 19 eingeschleift ist. Die Schaltungsanordnung 34 weist zwei Klemmen 57 und 58 für den Anschluss des Peltier-Elementes 19 auf. Bei durchgesteuertem Schalter 56 erfolgt die Speisung des Peltier-Elementes 19 unmittelbar mit der unstabili-sierten Spannung aus dem Brückengleichrichter 39. Zwischen den beiden Anschlussklemmen 57 und 58 für das Peltier-Element 19 liegt eine Reihenschaltung aus einer Leuchtdiode 59 und einem zugehörigen Vorwiderstand 60. Zwischen dem Ausgang 38 des Spannungskomparators 35 und dem Pluspol der unstabilisierten Spannung des Brückengleichrichters 39 liegt ein Pull-up-Widerstand 61, und mit Hilfe einer Zenerdiode 62 ist dafür gesorgt, dass die am Ausgang 38 des Komparators 35 und am Steuereingang 55 des elektronischen Schalters 56 liegende Spannung II3 keinesfalls einen unzulässig hohen Wert annehmen kann. Zwischen dem positiven Eingang 36 und dem Ausgang 38 des Spannungskomparators 35 liegt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 63 und einer Diode 64, um eine positive Rückkopplung zu bewirken, wenn die Spannung U2 die Spannung Ui übersteigt.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Kühlaggregates ist kurz wie folgt:

Es wird vorausgesetzt, dass an die Klemmen 46 und 47 eine Wechselspannung von z.B. 10 Volt angelegt ist. Wenn und solange die Temperatur im Innern des Kühlschrankes 10 einen mittels des Eisteilwiderstandes 48 in gewissen Grenzen wählbaren Wert von z.B. +6°C übersteigt, hat der als Temperaturfühler dienende variable Widerstand 49 einen verhältnismässig hohen Widerstandswert, so dass die variable Spannung U2 am negativen Eingang 37 des Spannungskomparators 35 die konstante Referenzspannung Ui am positiven Eingang 36 übersteigt. Am Steuereingang 55 des elektronischen Schalters 56 liegt dann folglich eine positive Spannung U3, durch welche der Schalter 56 in seinen leitenden Zustand gesteuert wird. Hierdurch wird der Speisestromkreis des Peltier-Elementes 19 geschlossen und letzteres veranlasst, Wärme vom Wärmetauscher 20, 23, 24 im Innern des Kühlschrankes zum Wärmetauscher 18, 28, 29, 30, 31 an der Aussenseite der Rückwand 11 des Kühlschrankes zu pumpen. Dies bewirkt einen Wärmetransport vom Innern des Kühlschrankes nach aussen und eine Absenkung der Temperatur im Innern des Kühlschrankes. Parallel zum Speisestromkreis des Peltier-Elementes 19 wird auch die Leuchtdiode 59 eingeschaltet, um den aktivierten Zustand des Kühlaggregates visuell anzuzeigen.

Mit sinkender Temperatur im Kühlschrank wird der Widerstandswert des als Temperaturfühler dienenden variablen Widerstandes 49 kleiner, was eine entsprechende Abnahme der variablen Spannung Ua am negativen Eingang 37 des Spannungskomparators 35 zur Folge hat. Wenn die variable Spannung U2 den Wert der Referenzspannung Ui unterschreitet wird die am Steuereingang 55 des elektronischen Schalters 56 liegende Spannung U3 schlagartig annähernd gleich null. Hierdurch wird der Schalter 56 in seinen nicht-leitenden oder sperrenden Zustand gesteuert und damit der Speisestromkreis des Peltier-Elementes 19 unterbrochen. Das Kühlaggregat befindet sich dann in einem inaktiven Zustand, was durch Erlöschen der Leuchtdiode 59 visuell angezeigt wird.

Bei erneutem Ansteigen der Temperatur im Innern des Kühlschrankes wiederholt sich der beschriebene Zyklus. Es handelt sich somit um eine sogenannte Zweipunktregelung, die erlaubt, die Temperatur im Innern des Kühlschrankes auf etwa +/- 0,15°C konstant zu halten. Das Ein- und Ausschalten des Speisestromkreises des Peltier-Elementes 19 geschieht praktisch verlustlos, ohne überhöhte Leistungsspitzen beim Einschalten.

Die Kühlleistung des Kühlaggregates liegt je nach der Temperaturdifferenz der beiden Wärmetauscher innen und aussen im Bereich von 5 bis 30 Watt. Bei entsprechender Einstellung des einstellbaren Widerstandes 48 ist es möglich, die Temperatur im Innern des Kühlschrankes bis auf etwa 2°C zu senken, wenn die Aussentemperatur im Bereich der üblichen Wohnraumtemperatur liegt.

Das beschriebene Kühlaggregat bedarf keiner Wartung und hat eine ausgesprochen lange Lebensdauer in der Grössenordnung von 150'000 Stunden oder mehr.

Claims

Patentansprüche

1. Kühlaggregat für einen Kühlschrank, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein thermoelektri-sches Peltier-Element (19) einerseits mit einem im Innern des Kühlschrankes (10) anzuordnenden ersten Wärmetauscher (20, 23, 24) und anderseits mit einem an einer Aussenwand des Kühlschrankes (10) anzuordnenden zweiten Wärmetauscher (18, 28, 29, 30, 31) in wärmeleitender Verbindung steht und dass der elektrische Speisestromkreis des Peltier-Ele-ments (19) mit einer elektrischen Schaltungsanordnung (34) zur Regelung der Zufuhr elektrischer Energie verbunden ist, derart, dass mittels des Peltier-Elementes (19) ein Wärmetransport vom ersten Wärmetauscher (20, 23, 24) zum zweiten Wärmetauscher (18, 28, 29, 30, 31) ermöglicht ist.

2. Kühlaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltungsan-

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Ordnung (34) in Abhängigkeit von einem als Temperaturfühler dienenden Organ (49) steuerbar ist, das mit dem im Innern des Kühlschrankes (10) anzuordnenden ersten Wärmetauscher (20, 23, 24) in wärmeleitender Verbindung steht.

3. Kühlaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltungsanordnung (34) einen elektronischen Spannungskom-parator (35) mit zwei Eingängen (36, 37) aufweist, an dessen einem Eingang (36) eine konstante Spannung (Ui) liegt und an dessen anderem Eingang (37) eine variable, durch das als Temperaturfühler dienende Organ (49) beeinflussbare Spannung (U2) liegt, und dass ein Ausgang (38) des Spannungskomparators (35) mit dem Steuereingang (55) eines elektronischen Schalters (56) verbunden ist, der in den Speisestromkreis des Peltier-Elementes (19) eingeschleift ist.

4. Kühlaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (20, 23, 24) und der zweite Wärmetauscher (18, 28, 29, 30, 31 ) je einen mit dem Peltier-Element (19) wärmeleitend verbundenen Metallblock (20; 18) und mindestens ein mit Konvektionslamellen (24; 30, 31) versehenes Wärmerohr (23; 28, 29) aufweist, das mit einer seiner Endpartien in einer Bohrung (22; 26, 27) des Metallblockes (20; 18) sitzt.

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