CN106662377B - 冷却和/或冷冻设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电式冷却或加热的容器、尤其冷却和/或冷冻设备，所述容器具有至少一个冷却的或加热的内部空间并且具有至少一个热电元件、尤其具有至少一个珀尔帖元件，以在内部空间中制冷或生热，其中热电元件设置在两个导热的固体(10，12)之间，所述固体中的一个固体或两个固体随着距热电元件的距离增加而具有增加的横截面。

Description

冷却和/或冷冻设备

技术领域

本发明涉及一种热电式冷却或加热的容器、尤其冷却和/或冷冻设备，所述容器具有至少一个冷却的或加热的内部空间和具有至少一个热电元件、尤其具有至少一个珀尔帖元件，所述热电元件设置成，使得其在内部空间中制冷或生热。

背景技术

在热电式冷却或加热的容器中，从冷却的内侧到热电元件的和从热电元件到设备的外侧的热传递仅仅能够基于固体热传导。为此使用与热电元件处于导热连接的固体。在这种设备中，从固体到热电元件的热传递是重要的。如果在接触时出现接触故障，那么这会导致边界面处的温度下降进而导致效率低下的制冷或生热。热电元件和固体之间的牢固的结合、例如经由导热胶的结合是有利的。

此外，在一个优选的设计方案中提出：为了在制造工艺中对热电元件机械地减压，在一侧上设置薄的石墨薄膜作为耦联元件，其中热电元件通过经由在下文中详细描述的连接元件夹紧在两个固体之间来固定。在另一侧上使用导热胶，以便也补偿在热电元件、固体和连接元件的厚度中的制造公差。优选地，在热侧上使用石墨薄膜，因为在此流动有更高的热流并且穿过薄的石墨薄膜热传递阻力通常比穿过因公差补偿而引起的略厚的导热胶层的热传递阻力更小。

另一特殊性在于：尽可能避免换热器中的、即固体中的材料过渡，因为这种材料过渡引起附加的热传递阻力。在理想的情况下，换热器、即固体中的一个固体为设备的外壳，这个固体例如能够由铝构成，与热电元件连接。这在接触热电元件时产生制造方面的要求。

此外，经由热电元件在外壳和内部容器之间产生刚性连接。

如果在运行时或也在制造容器时出现热应力，那么这会引起机械负荷并且可能的话会导致热电元件断裂。

这些考虑绝不限制于冷却和/或冷冻设备，而是通常适用于热绝缘的容器。

热绝缘的容器具有至少一个调温的内部空间，其中该内部空间能够被冷却或加热，使得在内部空间中得到高于或低于例如为21℃的环境温度的温度。

发明内容

本发明所基于的目的是，如下改进开始提出类型的容器：将热电元件的机械负荷保持得尽可能小，并且同时确保良好的热运输。

该目的通过具有一种容器实现，容器具有:至少一个冷却的或加热的内部空间，并且具有和至少一个热电元件、尤其具有至少一个珀尔帖元件，以在所述内部空间中制冷或生热，其特征在于，其中所述热电元件设置在两个导热的固体之间，所述固体中的至少一个固体或两个固体随着距所述热电元件的距离增加而具有增加的横截面，其特征在于，所述容器具有真空隔离装置作为所述内部空间的热隔离装置，其中所述热电元件和/两个所述固体设置在隔离层中。据此提出：热电元件设置或容纳在至少两个导热的固体之间，所述固体中的一个或两个随着距热电元件的间距增加具有增加的横截面。

至少两个良好导热的固体与热电元件导热接触，使得固体中的一个在热电元件运行中为冷侧并且另一固体在热电元件运行中为热侧。

至少两个导热的固体形成初级换热器，所述初级换热器与热电元件连接，使得在热电元件运行时固体中的一个形成冷侧并且固体中的一个形成热侧。

该初级换热器优选与至少一个次级换热器导热连接。次级换热器包括至少一个并且优选两个固体。次级换热器的该固体例如能够形成内部容器，也就是说，形成加热的或冷却的内部空间的壁部和/或形成容器的外包套。

优选地，初级和/或次级固体的固体由金属构成或具有金属。例如考虑铝。

将热电元件容纳在通过至少两个固体形成的初级换热器中保护该热电元件防止经受过度的机械应力。

初级换热器具有所产生的冷度以及废热的极其好的热耦联并且由于其逐渐增加的横截面将热流带到相对大的面上，这带来如下优点：在继续耦联到其他固体、例如在上文中所提出的次级换热器上时，产生尽可能小的热损失，其中所述初级换热器包括固体，在所述固体之间设置有热电元件。

优选地提出：热电元件容纳在两个导热的固体之间，使得作用于一个或两个固体上的力不传输到热电元件上或以减小的程度传输到热电元件上。

根据一个优选的设计方案提出：热电元件夹紧在固体之间，所述固体形成初级换热器。在此，优选提出：将固体彼此连接的一个或多个连接元件具有低的导热能力，使得不形成显著的热桥。

在此，固体之间的连接或夹紧优选构成为，使得热桥由于连接机构是尽可能小的，所述连接机构将固体连接。

基本上，能够是唯一的连接机构或者也能够是两个或更多个连接机构。

可以考虑的是：使这两个固体彼此夹紧，即将固体拉到一起，使得连接机构承受拉应力。

在一个实施方式中，连接机构是间隔保持件。可以考虑的是：连接机构构成为，使得该连接机构承受拉应力、压应力、扭转应力或剪切应力中的一个或多个。

在本发明的另一设计方案中提出：固体中的一个固体导热地与设备的外壳连接并且固体中的一个固体导热地与设备的内壁连接。这种连接能够是直接的或间接的，其中直接连接是优选的。

在本发明的另一设计方案中提出：容器具有真空隔离装置作为内部空间的热隔离装置，所述真空隔离装置完全地或部分地包围冷却的内部空间。也可以考虑其他的隔离装置，即例如起泡装置。

优选地，初级换热器和/或热电元件处于隔离层中，所述隔离层处于容器的内壁部和外壁部之间。

热隔离装置位于设备的内部容器和外壳之间和/或位于封闭元件的内壁和外壁之间，所述封闭元件例如是门、顶盖或翻盖、抽屉等。热隔离装置例如能够具有一个或多个真空绝缘板。也可以考虑的是，为了进行热隔离使用由真空密封的包套并且尤其由高阻挡薄膜构成的一个或多个包套体，所述包套并且尤其高阻挡薄膜通过支撑材料、例如珍珠岩填充。包套体是闭合的形成物，在其中存在真空。

尤其优选的是如下实施方案，其中在外壳和对内部空间限界的内壁之间设置有热隔离装置，所述热隔离装置由全真空系统构成。能够将上述热隔离理解为仅仅或主要由抽真空的区域构成的热隔离装置，所述区域通过支撑材料填充。该区域的限界部例如能够通过真空密封的薄膜并且优选通过高阻挡薄膜形成。由此，在容器的、优选设备的内壁和容器的、优选设备的外壳之间仅能够存在这种薄膜体作为热隔离装置，所述薄膜体具有通过真空密封的薄膜围绕的区域，在所述区域中存在真空并且在所述区域中设置有支撑材料。优选地，在容器或设备的外侧和内侧之间除了真空系统之外，不设置作为热隔离装置的起泡装置和/或真空绝缘板或其他的热隔离装置。

这种呈全真空系统形式类型优选的热隔离装置能够在体部的外壳和对内部空间限界的壁之间延伸和/或在封闭元件的内侧和外侧之间延伸，所述封闭元件例如是门、翻盖、顶盖等。

能够获得全真空系统，使得通过支撑材料填充由气密的薄膜构成的包套并且随后以真空密封的方式进行密封。在一个实施方式中，对包套的填充和以真空密封的方式进行的密封在正常或环境压强下进行。因此，抽真空通过将可适当地加工到包套中的接口、例如抽真空接管连接到真空泵上来进行，所述抽真空接管能够具有阀。优选地，在抽真空期间，在包套外部存在正常压强或环境压强。在该实施方式中，优选地，在制造的任何时刻都不需要将包套引入到真空室中。就此而言，在一个实施方式中，在制造真空隔离装置期间能够弃用真空室。

优选将真空密封的或扩散密封的包套或将真空密封的或扩散密封的连接部或将术语高阻挡薄膜理解为如下包套或连接部或薄膜，借助所述包套或连接部或高阻挡薄膜强烈地降低进入真空隔离体中的气体输入，使得在真空隔离体的使用寿命期间，真空隔离体的因气体输入而引起的导热性提高是足够小的。例如将15年、优选20年和尤其优选30年的时间段认定为使用寿命。优选地，在真空隔离体的使用寿命期间，真空隔离体的因气体进入而引起的导热性提高<100％并且尤其优选<50％。

优选地，包套的或连接部的或高阻挡薄膜的面积特定的气体穿过率<10mbar*l/s*m²至5mbar*l/s*m²并且尤其优选10mbar*l/s*m²至6mbar*l/s*m²(根据ASTM D-3985测量)。该气体穿过率适用于氮气和氧气。对于其他的气体种类(尤其水蒸汽)同样存在优选在<10mbar*l/s*m²至2mbar*l/s*m²的并且尤其优选在<10mbar*l/s*m²至3mbar*l/s*m²的范围中的低的气体穿过率(根据ASTM F-1249-90测量)。优选地，通过该小的气体穿过率实现在上文中所描述的导热性的小的提高。

从真空板的区域中已知的包套系统是所谓的高阻挡薄膜。在本发明的范围内，优选将其理解为单层或多层薄膜(所述单层或多层薄膜优选是能密封的)，所述单层或多层薄膜具有一个或多个阻挡层(通常为金属层或氧化物层，其中优选使用铝或氧化铝作为金属或氧化物)，所述阻挡层满足在上文中所提到的作为阻挡件防止气体输入的要求(导热性提高和/面积特定的气体穿过率)。

上述数值或高阻挡薄膜的构造是示例性的、优选的说明，所述说明不限制本发明。

优选地提出：热电元件与固体在机械上牢固地夹紧。

优选地提出：一个或多个连接机构经由夹紧连接部夹紧至少两个导热的固体。

为了将穿过固体的连接机构的导热保持得尽可能小，能够提出：这两个固体通过连接机构彼此连接并且优选夹紧，其中连接机构具有比固体更小的导热能力。

优选地，连接机构与固体相比由不同的材料构成，所述固体形成初级和/或次级换热器。

可以考虑的是：连接机构由塑料构成或具有塑料。例如考虑聚酰胺或者也考虑其他的塑料。

在本发明的另一优选的设计方案中提出：连接机构固定导热的固体彼此间的间距。

如在上文中所解释的那样，本发明的一个优选的设计方案在于：固体由金属并且优选由铝构成或者具有铝。

一个或多个连接机构能够以距热电元件的距离尽可能大的方式设置。因为临界负荷是整个设备或容器处的变形，所述变形经由作为杠杆的刚性的初级换热器导出到热电元件上，所以尽可能远地在热电元件外部全方位地进行稳定是有利的。

优选地，连接机构距热电元件的距离大于热电元件的棱边长度。

附图说明

根据在附图中示出的实施例详细阐述本发明的其他细节和优点。

唯一的视图示出初级换热器与设置在其中的热电元件的立体图。该热电元件能够构成为珀尔帖元件。

具体实施方式

热电元件夹入在两个良好导热的固体10、12之间，其中在从左向右横越根据附图的隔离平面时固体10的横截面减小，而在从左向右横越根据附图的隔离平面时固体12的横截面增加。

在两个固体之间存在热电元件。固体能够相对于伸展通过热电元件的轴线镜面对称地设置。

这两个固体形成初级换热器。该初级换热器经由固体10、12的外置的面10’和12’优选与至少一个次级固体或换热器导热连接，所述面优选平面地构成。次级换热器优选直接地设置在面10’和12’上。

次级换热器能够具有两个或更多个固体，所述固体例如一方面形成容器的外壳而另一方面形成容器的内壁，或者与它们连接。内壁对根据本发明的容器的加热的或冷却的内部空间限界。

一般性地理解术语“容器”，并且其包括具有至少一个被加热或冷却的内部空间的任何设备。在本发明的一个优选的设计方案中，将“容器”理解为冷却和/或冷冻设备。优选地，该设备不具有常规的制冷剂回路，而是仅具有珀尔帖元件或其他的热电元件作为热源或用于制冷。

调温的内部空间根据设备的类型(冷却设备、加热柜等)被冷却或加热。

在一个实施方式中提出：根据本发明的容器是冷却和/或冷冻设备，尤其为家庭设备或商用的冷却设备。例如包括如下设备，所述设备针对固定地设置在家庭中、酒店房间中、商用厨房或酒吧中而设计。其例如也能够是冷酒器。此外，本发明也包括冷却和/或冷冻箱。根据本发明的设备能够具有用于联接到供电装置上的、尤其连接到家庭电网上的接口(例如插头)和/或具有用于在家具壁龛内部进行固定的立式或装入式辅助装置，例如调节支脚或接口。设备例如能够是装入式设备或者也能够是立式设备。

在一个实施方式中，容器或设备构成为，使得所述容器或设备能够以交流电压、例如家庭电网电压来运行，所述家庭电网电压例如为120V和60Hz或230V和50Hz。在一个替选的实施方式中，容器或设备构成为，使得所述容器或设备能够以电压例如为5V、12V或24V的直流电流运行。在该设计方案中能够提出：在设备内部或外部设有插头电源，所述设备能够经由所述插头电源来运行。在该实施方式中，使用热电的热泵的优点是：仅在电源处出现完整的EMV问题。

特别地，能够提出：冷却和/或冷冻设备具有柜状的造型和使用空间，所述使用空间在其前侧(在箱的情况下在其上侧上)对于用户是可进入的。使用空间能够划分成多个隔间，所述隔间均在相同的或不同的温度下运行。作为替选方案，能够设置仅一个隔间。在使用空间或隔间内部，也能够设有贮存辅助装置、例如托盘、抽屉或瓶支架(在箱的情况下还存在空间划分器)，以便确保冷却和/或冷冻物品的最佳贮存和最佳的空间利用。

使用空间能够通过至少一个可围绕竖直轴线枢转的门封闭。在箱的情况下，可以考虑可围绕水平轴线枢转的翻盖或滑动顶盖作为封闭元件。门或其他封闭元件在关闭状态下能够借助环绕的磁体密封件与体部基本上空气密封地连接。优选地，门或其他封闭元件也是热绝缘的，其中能够借助起泡装置并且必要时借助真空绝缘板实现热绝缘，或者也优选借助真空系统并且尤其优选借助全真空系统来实现。在门的内侧上必要时能够设置门架，以便也能够在那里贮存冷却物品。

在一个实施例中，其能够是小型设备。在这种设备中，通过容器的内壁限定的使用空间例如具有小于0.5m³、小于0.4m³或小于0.3m³的容积。

容器或设备的外部尺寸优选在高度、宽度和深度方面位于不超过1m的范围中。

但是，本发明不限制于冷却和/或冷冻设备，而是通常涉及具有调温的内部空间的设备、例如也涉及加热柜或及加热箱。

在具有加热的内部空间的容器或设备的情况下，借助于固体将热量从容器的外壳或从环境引导至热电元件，并且借助于固体通过热传导将热量从所述热电元件引导至内部空间或引导至对容器的内部空间限界的内壁。

固体10、12优选由铝构成。

用附图标记20表示连接元件，所述连接元件将至少一个热电元件与导热的固体10、12在机械上固定地夹紧。

优选地，所述夹紧通过夹紧连接部进行。导热程度小的元件或一个或多个连接元件20经由夹紧连接部将这两个固体10、12夹紧。

连接元件20形成这两个固体10、12彼此间不导热的或导热程度小的固定。连接元件20固定固体10、12彼此间的间距。

连接元件20距热电元件的距离尽可能大地选择。在此处示出的实施例中，连接元件20中的一个连接元件距热电元件的距离大于所述热电元件的棱边长度。

原则上，能够设置刚好一个连接元件20。也可以考虑并且本发明也包括的是，使用多于一个的连接元件20。

在该实施例中，四个连接元件20处于固体10、12的角区域中。所述连接元件距热电元件的距离都相同。

由成形体10、12构成的初级换热器提供热电元件的所产生的冷度或热量的极其好的热耦联。由于从热电元件起增大的横截面将热流带到更大的面上，使得在耦联到另一元件、例如耦联到另一导热的固体上时产生尽可能小的热损失。

优选地，热电元件夹紧在成形体10、12之间，而不会通过一个或多个连接元件产生显著的热桥。

成形体10、12是铝体，所述铝体安置在热电元件上。

如从附图中所得知的那样：成形体经由塑料连接部夹紧，所述塑料连接部具有低的或较低的导热能力。

可以考虑的是，使用螺丝作为一个或多个连接元件。

也可行的是：使用如下部件、例如注塑件作为一个或多个连接元件，所述部件固定在成形件10、12中的一个成形件上并且在安装时锁定在成形件的另一个成形件上。

因为塑料连接件还有其他的连接元件是热桥，所以针对它们使用尽可能小的横截面，由此另一方面降低结构上的保持。因为临界负荷是整体设备上的变形，所以(如从附图中所看到的那样)全方位地且尽可能远离热电元件或在热电元件外部进行稳定是优选的，所述变形经由刚性的初级换热器、即经由成形件10、12传递到热电元件上。

所描述的初级换热器可以有意义地使用在全部应借助于热电元件经由隔离装置构造温度差的地方。

Claims (8)

1.一种冷却和/或冷冻设备，所述冷却和/或冷冻设备具有:

内部空间，和

珀尔帖元件，以在所述内部空间中制冷，其中

所述珀尔帖元件设置在两个导热的固体(10，12)之间，所述固体随着距所述珀尔帖元件的距离增加而具有增加的横截面，

其特征在于，

所述冷却和/或冷冻设备具有真空隔离装置作为所述内部空间的热隔离装置，并且

所述珀尔帖元件和两个所述固体(10，12)设置在隔离层中，

其中两个所述固体(10，12)通过一个或多个连接机构彼此连接，并且所述连接机构将所述珀尔帖元件与所述固体(10，12)以机械方式固定地夹紧，其中所述连接机构由塑料构成并且与所述固体(10，12)相比具有更低的导热能力。

2.根据权利要求1所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，所述连接机构是连接元件(20)。

3.根据权利要求1所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，所述固体(10，12)中的一个固体以导热的方式与所述设备的外壳连接，并且所述固体(10，12)中的一个固体以导热的方式与所述设备的内壁连接。

4.根据权利要求1所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，所述真空隔离装置完全地包围冷却的所述内部空间。

5.根据权利要求1所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，两个所述固体(10，12)通过多个连接机构彼此连接并且所有连接机构距所述珀尔帖元件的距离相同。

6.根据权利要求1所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，一个所述连接机构距所述珀尔帖元件的距离或多个所述连接机构距所述珀尔帖元件的距离大于所述珀尔帖元件的棱边长度。

7.根据权利要求1所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，所述固体(10，12)由金属构成。

8.根据权利要求7所述的冷却和/或冷冻设备，其特征在于，所述金属是铝。

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