DE1068279B

DE1068279B -

Info

Publication number: DE1068279B
Application number: DENDAT1068279D
Authority: DE
Priority date: 1958-11-12
Publication date: 1959-11-05
Also published as: GB894816A; DE1067455B; CH393383A; GB895840A

Description

Kleinkühlgerät mit elektrothermischer Kühlung Gegenstand .der Erfindung ist ein Kleinkühlgerät mit elektrothermischer Kühlung. Es sind bereits verschiedene derartige Kleinkühlgeräte bekanntgeworden, deren Kälteaggregat aus einer Säule von Thermoelementen in einem elektrischen Stromkreis besteht, und bei denen die Kühlwirkung durch Ausnutzung des Peltiereffektes erzielt wird. Der konstruktive Aufbau solcher Kleinkühlgeräte ist ganz allgemein so, daß in der Kühlgeräteisolation eine Anzahl Thermoelemente so eingesetzt ist, daß sämtliche kalten Lötstellen dem Kühlraum zugewandt sind, die warmen Lötstellen dagegen an bzw. nahe der Außenwand des Isolierbehälters liegen. Die einzelnen Elemente sind dabei in der Regel über gut elektrisch leitende Verbindungsstücke miteinander elektrisch verbunden, und zwar in Reihenschaltung, z. T. aber auch in Kaskade. Außerdem sind sowohl die kalten als auch die warmen Lötstellen gut wärmeleitend mit Wärmeaustauschern, zumeist in Gestalt von Platten, evtl. mit Kühlrippen, verbunden, wobei aber diese Wärmeaustauscher gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen.Small refrigerator with electrothermal cooling subject of the invention is a small cooling device with electrothermal cooling. They are already different such small cooling devices become known, the refrigeration unit from a column of Thermocouples in an electrical circuit, and where the cooling effect is achieved by utilizing the Peltier effect. The constructive structure of such Small refrigerators is generally such that in the refrigerator insulation a number Thermocouple is inserted so that all cold soldering points face the cold room are, the warm soldering points, however, on or near the outer wall of the insulating container lie. The individual elements are usually very electrically conductive Connecting pieces electrically connected to each other, namely in series, z. But sometimes also in cascade. Also, both the cold and warm are Solder joints with good thermal conductivity with heat exchangers, mostly in the form of plates, possibly connected with cooling fins, but these heat exchangers against each other must be electrically isolated.

Diese Forderungen bedingen einen recht komplizierten Aufbau eines solchen Kühlgerätes, insbesondere machen die hierfür bisher bekanntgewordenen Konstruktionen beim etwaigen Schadhaftwerden eines einzelnen Thermoelementes den Ausbau des gesamten Kälteaggregates notwendig. Da die neuerdings als Elemente besonders hoher Thermokraft bekanntgewordenen Halbleiter zumeist als Preß- oder Sinterkörper dargestellt werden, die mechanisch keine allzu große Festigkeit besitzen, kann durchaus der Fall eintreten, daß ein Thermoelement z. B. auf dem Transport des Kühlgerätes schadhaft wird. Dieselbe Gefahr besteht auch hinsichtlich der Verbindungen, insbesondere Lötverbindungen zwischen einem solchen Halbleiterkörper und dem Anschlußstück. In einem solchen Falle erweist es sich als höchst unwirtschaftlich, das ganze schwer zugängliche Kälteaggregat ausbauen zu müssen.These requirements require a rather complicated structure such a cooling device, in particular, make the constructions previously known for this in the event that a single thermocouple becomes damaged, the entire thermocouple will be removed Refrigeration unit necessary. Since the recently as elements of particularly high thermal power known semiconductors are mostly represented as pressed or sintered bodies, which do not have too much mechanical strength, it may well happen that that a thermocouple z. B. is damaged on the transport of the refrigerator. Same There is also a risk with regard to the connections, in particular soldered connections between such a semiconductor body and the connector. In such a Case it turns out to be highly uneconomical, the whole difficult to access Having to remove the refrigeration unit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgerät auf thermoelektrischer Basis zu schaffen, das diese Nachteile der bisher bekannten Aufbauformen vermeidet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man die Thermoelemente derart in die Isolierung einsetzt, daß sie einzeln auswechselbar sind. Zur Erzielung dieser Auswechselbarkeit wird dabei zweckmäßig jedes Thermoelement für sich in einer in eine Aussparung der Kühlgerätisolierung eingefügte Kapsel, die ihrerseits eine das Thermoelement allseitig umgebende wärmeisolierende Füllung besitzt, untergebracht und ist nach Lösen eines die Kapsel nach außen abschließenden Deckels aus der Isolierung herausnehmbar. Dabei kann man die Anordnung so treffen, daß die ganze Kapsel als solche austauschbar ist. Die Kapseln selbst müssen selbstverständlich aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff bestehen und gut dichtend in die Kühlgerätisolierung eingepaßt sein. Anstatt in Kapseln kann man die Thermoelemente auch in einen Block aus Schaumkunststoff einbetten, insbesondere einschäumen und diese Blöcke in im voraus vorgesehene Aussparungen in der dann vorzugsweise ebenfalls aus Schaumkunststoff bestehenden Kühlgerätisolierung einsetzen. Diese Schaumstoffumhüllung hat noch weitere Vorteile : Wähltman hierfür einen Schaumkunststoff besonders hoher Dichte, z. B. aus Polystyrolmasse, so erhält man damit auch einen mechanisch festen Schutz für die empfindlichen Thermoelemente und außerdem eine Umhüllung schlechter Wärmeleitfähigkeit. Unter dem Begriff »Thermoelement« sei hier sowohl ein einzelnes Element hoher Thermokraft mit beiderseits verbundenen Anschlußstücken guter elektrischer Leitfähigkeit, deren aufeinanderliegende Flächen die warme bzw. kalte Lötstelle bilden, verstanden, als auch ein Thermoelementenpaar, dessen beide n- und p-leitende Elemente über ein gut elektrisch und wärmeleitendes Zwischenstück miteinander verbunden sind und die Lötstelle der einen Art bilden, während die voneinander abgekehrten Enden der Elemente ihrerseits mit Anschlußstücken verbunden sind, welche zwei Lötstellen der anderen Art bilden. Die Anschlußstücke sind dabei so ausgebildet, daß sie aus der Kühlgerätisolierung nach innen bzw. außen heraustreten und mit entsprechend gestalteten Wärmeaustauschflächen verbunden werden können.The invention is based on the object of providing a thermoelectric cooling device To create a basis that avoids these disadvantages of the previously known designs. This is achieved according to the invention in that the thermocouples are so in the insulation uses that they are individually replaceable. To achieve this Interchangeability is expediently each thermocouple in an in a recess in the cooling unit insulation inserted capsule, which in turn a Thermocouple has heat insulating filling surrounding it on all sides, housed and is after loosening a cover that closes off the capsule to the outside from the insulation removable. You can make the arrangement so that the whole capsule as such is interchangeable. The capsules themselves must of course be from one Poorly thermally conductive plastic are made and seal well into the cooling unit insulation be fitted. Instead of being in capsules, the thermocouples can also be put in a block embed from foam plastic, especially foam and these blocks in im pre-provided recesses in the then preferably also made of foam plastic Use existing cooling unit insulation. This foam cover has more Advantages: If you choose a foam plastic with a particularly high density, e.g. B. made of polystyrene mass, so you get a mechanically strong protection for the sensitive thermocouples and, moreover, an envelope with poor thermal conductivity. The term »thermocouple« is used here to refer to both a single element of high thermal power with connectors connected on both sides of good electrical conductivity, their surfaces lying on top of one another form the warm or cold solder joint, understood as also a pair of thermocouples, the two n- and p-conducting elements of which have a well electrically and thermally conductive intermediate piece are connected to one another and the soldering point of one kind, while the opposite ends of the elements in turn are connected to connectors which form two solder joints of the other type. The connecting pieces are designed so that they come out of the cooling device insulation Step out inwards or outwards and with appropriately designed heat exchange surfaces can be connected.

Weitere mit dem Erfindungsgegenstand verknüpfte zweckmäßige Maßnahmen sind der folgenden Be- Schreibung eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.Further appropriate measures linked to the subject matter of the invention are of the following Assignment of an exemplary embodiment inferred, to which the invention is not limited.

Als Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellt ist, ist ein zylindrischer bzw. topfförmiger Isolierbehälter gewählt, bestehend aus einem Außengehäuse 1, einem Innengehäuse 2 und einer Wärmeisolation 3. In dieser Wärmeisolation ist in zwei übereinanderliegenden Ebenen eine Anzahl von Thermoelementenpaaren 4 auf den Umfang des Behälters gleichmäßig verteilt angeordnet. Jedes Thermoelementenpaar ist aus einem n- und einem p-leitenden Element 5, 6 und drei Anschlußstücken 7, 8 und 9 zusammengesetzt, wobei das mittlere, 8, die beiden Thermoelemente verbindet und zugleich die kalte Lötstelle bildet, während die äußeren Anschlußstücke 7, 9 die warmen Lötstellen darstellen. Das so zusammengesetzte Thermoelementenpaar, das in der Fig. 3 nochmals für sich von der Seite gesehen dargestellt ist, ist in eine Kapsel 10 aus schlecht wärmeleitendem Kunststoff eingesetzt, deren Hohlräume 11 mit einem geeigneten Wärmedämmstoff ausgefüllt sind. Diese Kapseln sind in entsprechende Aussparungen in der Kühlbehälterisolation gut dichtend eingebracht und so ausgebildet, daß sie nach Lösen eines die Kapsel nach außen dicht abschließenden Deckels 12 leicht radial nach außen einzeln herausgezogen werden können. Sowohl nach dem Innengehäuse zu als auch nach der Gehäuseaußenseite sind die Anschlußstücke 7, 9 mit Wärmeaustauschern, vorzugsweise in Plattenform, lösbar verbunden. Diese sind in den Figuren mit 13 und 14 bezeichnet. Als Wärmeaustauschflächen werden zweckmäßig an sich bekannte Wärmeaustauscher mit vergrößerter Fläche, z. B. die der bekannten Jalousieverflüssiger, verwendet.As an exemplary embodiment, which is shown schematically in FIGS. 1 to 4, a cylindrical or cup-shaped insulating container is selected, consisting of an outer housing 1, an inner housing 2 and thermal insulation 3. In this thermal insulation, a number of pairs of thermocouples are located in two superimposed levels 4 arranged evenly distributed over the circumference of the container. Each thermocouple pair is composed of an n- and a p-conducting element 5, 6 and three connecting pieces 7, 8 and 9, the middle, 8, connecting the two thermocouples and at the same time forming the cold solder joint, while the outer connecting pieces 7, 9 represent the warm solder joints. The pair of thermocouples assembled in this way, which is shown in FIG. 3 again as seen from the side, is inserted into a capsule 10 made of poorly thermally conductive plastic, the cavities 11 of which are filled with a suitable thermal insulation material. These capsules are inserted into corresponding recesses in the cooling container insulation and are designed in such a way that they can easily be pulled out individually radially outwards after loosening a cover 12 which seals the capsule from the outside. Both towards the inner housing and towards the outside of the housing, the connecting pieces 7, 9 are releasably connected to heat exchangers, preferably in plate form. These are denoted by 13 and 14 in the figures. As heat exchange surfaces, known heat exchangers with an enlarged surface, eg. B. that of the known louvre condenser used.

Wichtig ist, daß für einen guten Wärmeübergang zwischen den Anschlußstücken und den Wärmeaustauschflächen gesorgt ist. Deshalb sind in dem Ausführungsbeispiel die Verbindungen zwischen diesen Teilen über beiderseits gut flächenhaft anliegende Zwischenstücke 15 und 16 hergestellt und alle Teile miteinander verschraubt. Die Schrauben 17 und 18 dienen ebenfalls der Wärmeübertragung. Die Anschlußstücke, die vorzugsweise aus Kupfer sind, können aber auch unmittelbar mit den Wärmeaustauschflächen verbunden werden.It is important that there is good heat transfer between the connection pieces and the heat exchange surfaces are taken care of. Therefore, in the embodiment the connections between these parts on both sides well-fitting Intermediate pieces 15 and 16 made and all parts screwed together. the Screws 17 and 18 are also used for heat transfer. The connectors that are preferably made of copper, but can also be directly connected to the heat exchange surfaces get connected.

Die mit den Anschlußstücken 7 und 9 jeweils verbundenen Wärmeaustauscher müssen gegeneinander elektrisch isoliert sein. Diese Isolation kann durch einen kleinen Luftabstand zwischen den benachbarten Flächen gebildet werden. Sicherheitshalber können doch zumindest die Ränder dieser Flächen mit einem zusätzlichen Isolierstoffüberzug, beispielsweise einem Isolierlack od. dgl., überzogen sein, der die Wärmeleitung praktisch nicht beeinträchtigt. Das gleiche gilt natürlich auch für die inneren Wärmeaustauscher benachbarter Thermoelementenpaare.The heat exchangers connected to the connecting pieces 7 and 9, respectively must be electrically isolated from each other. This isolation can be achieved by a small air gap can be formed between the adjacent surfaces. To be on the safe side at least the edges of these surfaces can be covered with an additional insulating material, For example, an insulating varnish or the like. Be coated, which conducts heat practically not affected. The same of course also applies to the inner ones Heat exchangers of adjacent thermocouple pairs.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den in Reihe zu schaltenden Thermoelementen werden im Inneren durch die Anschlußstücke 8 eines jeden Thermoelementenpaares, außen lediglich auf der warmen Seite durch ein gut elektrisch leitendes und leicht lösbares Verbindungsglied hergestellt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man als Verbindungsglieder kurze Drähte mit angeschlossenen Lötösen bzw. flexible Bänder verwendet, die zusammen mit den äußeren Wärmeaustauschflächen an die äußeren aus der Isolierung heraustretenden Anschlußstücke angeschraubt sind. An sich können benachbarte Wärmeaustauscher von verschiedenen Thermoelementenpaaren auch selbst als elektrische Verbindungsglieder verwendet werden und hierzu unmittelbar miteinander verbunden werden, jedoch muß dann dafür Sorge getragen werden, daß diese Verbindungen ebenfalls leicht lösbar sind, um die leichte Auswechselbarkeit einzelner Elemente zu gewährleisten. In der schematischen Zeichnung sind diese elektrischen Verbindungen nicht näher dargestellt, sondern nur in Fig.2 durch die kleinen Bogen 19 angedeutet.The electrical connections between the series to be connected Thermocouples are inside through the connecting pieces 8 of each thermocouple pair, outside only on the warm side by a good electrically conductive and light detachable link made. This can be done, for example, by that short wires with connected solder lugs or flexible wires are used as connecting links Ribbons used, which together with the outer heat exchange surfaces to the outer connecting pieces protruding from the insulation are screwed on. Can in itself neighboring heat exchangers from different thermocouple pairs also themselves are used as electrical connecting links and for this purpose directly with one another be connected, but then care must be taken that these connections are also easily detachable to allow easy interchangeability of individual elements to ensure. In the schematic drawing these are electrical connections not shown in more detail, but only indicated in FIG. 2 by the small arches 19.

Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, die insbesondere auf der Innenseite durch in metallischen Gefäßen gelagerte Kühlgüter erzeugt werden können, muß das Innengehäuse aus Isolierstoff sein. Dieses Gehäuse ist so ausgebildet, daß es als Ganzes oder wenigstens teilweise herausziehbar ist, damit im Falle eines Defektes an einem Thermoelement die mit diesem Element verbundene Wärmeaustauscherplatte zugänglich wird und die Befestigungsschraube 17 gelöst werden kann. Um durch dieses Innengehäuse die Wärmeleitung zwischen Innenraum und Wärmeaustauscher möglichst wenig zu beeinträchtigen, wird zweckmäßig das Innengehäuse im Bereich dieser Flächen luftdurchlässig gestaltet, z. B. perforiert.In order to avoid electrical short circuits, especially on the Inside can be generated by refrigerated goods stored in metallic vessels, the inner housing must be made of insulating material. This housing is designed so that it can be pulled out as a whole or at least partially, so in the case of one Defect on a thermocouple, the heat exchanger plate connected to this element becomes accessible and the fastening screw 17 can be loosened. To get through this Inner housing the heat conduction between the interior and the heat exchanger as possible To little impairment, the inner housing in the area of these surfaces is expedient designed air-permeable, z. B. perforated.

Man kann aber auch auf dieses Innengehäuse ganz oder teilweise im Bereich der Wärmeaustauschflächen verzichten, wenn man diese Flächen selbst mit einem dünnen Überzug aus einem Isolierlack bzw. einer Isolierfolie versieht.But you can also fully or partially in this inner housing Do without the area of the heat exchange surfaces if you have these surfaces yourself provides a thin coating of an insulating varnish or an insulating film.

In den Figuren sind die Anschlußstücke an die n- und p-leitenden Thermoelemente der Einfachheit halber als flache Stäbe dargestellt. Es erscheint jedoch zweckmäßig, um einen guten Wärmeübergang von und zu den Wärmeaustauschern zu erzielen, ihre Querschnitte und damit ihre Übergangsflächen gegenüber diesen Wärmeaustauschflächen zu vergrößern. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß man die Anschlußstücke ebenfalls aus Rundstäben herstellt und diese nur im Bereich ihrer Verbindung mit den Thermoelementen auf den beispielsweise in Fig. 4 gezeigten rechteckigen Querschnitt abflacht.In the figures are the connection pieces to the n- and p-conducting thermocouples shown as flat bars for the sake of simplicity. However, it seems appropriate in order to achieve a good heat transfer from and to the heat exchangers, their Cross-sections and thus their transition surfaces with respect to these heat exchange surfaces to enlarge. This can be achieved, for example, by the connecting pieces also made from round bars and only in the area of their connection with the thermocouples on the rectangular cross-section shown in FIG. 4, for example flattens.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Small cooling device with electrothermal cooling with a number of thermocouples connected electrically in series or in cascade within the insulation of the device, characterized in that the thermocouples are inserted into the insulation in such a way that they can be individually replaced.

2. Small cooling device according to claim 1, characterized in that each thermocouple for itself in a capsule inserted into a recess in the cooling unit insulation, which in turn has a heat-insulating filling that surrounds the thermocouple on all sides owns, mounted and after loosening a cover that closes off the capsule from the outside is removable.

3. Small cooling device according to claim 1 and 2, characterized in that that the entire capsule is designed as an exchangeable unit.

4. Small refrigerator according to claim 1, characterized in that the entire capsule from a bad There is thermally conductive plastic and fitted tightly into the cooling device insulation is.

5. Small cooling device according to claim 1, characterized in that the individual Thermocouples are foamed in a block of foam plastic and that these Blocks in advance Recesses in the preferably Also made of foam plastic cooling device insulation are used.

6. Small cooling device according to claim 5, characterized in that as a foam cover a particularly high density foam plastic, e.g. B. based on polystyrene used which also serves as a mechanically strong protective coating for the thermocouples.

7. Small cooling device according to claim 1 and one of the dependent claims, characterized in that that the thermocouples have heat exchange surfaces on both the cold and the warm side are connected and that for this purpose in the end wall of the capsule and in its outer cover well sealed openings are provided through which pass through thermally conductive connecting pieces between the thermocouple and the heat exchanger. B.

Small cooling device according to Claim 7, characterized in that the heat exchangers are releasably connected to the connecting pieces, preferably screwed.

9. Small refrigerator according to claim 7 and 8, characterized in that the connecting pieces at the same time form the connectors for the n- and p-conducting members of the thermocouple and made of a material that conducts heat well (e.g. copper).

10. Small refrigerator according to claim 1 to 9, characterized in that the electrical connection of the individual. Thermocouples only on the outer warm side through slightly releasable connecting links is formed.

11. Small cooling device according to claim 10, characterized characterized in that short wires with connected solder lugs are used as connecting links or conductive tapes are used, which together with the outer heat exchange surfaces screwed to the connecting pieces protruding from the outside of the insulation or are soldered on.

12. Small cooling device according to claim 1, characterized in that the number of thermocouples required to achieve the required cooling capacity ring-shaped next to each other and possibly in several levels one above the other in the Insulation like that. is arranged that each individual element after loosening the with him connected heat exchange surfaces and electrical connections from the insulation can be pulled out to the outside.

13. Small cooling device according to claim 7 and 8, characterized characterized in that plate or louvre heat exchangers are used as heat exchange surfaces known per se are used.

14. Small cooling device according to claim 7 and 13, characterized in that the heat exchangers assigned to the individual thermocouples are optionally electrically isolated.

15. 'Small cooling device according to claim 14, characterized characterized in that the heat conduction practically does not exist as electrical insulation impairing thin coating of an insulating varnish or an insulating film is used.

16. Small cooling device according to claim 1 and 14, characterized in that as insulation the inner heat exchanger one at the same time the inner housing or a part thereof forming plastic film is used and that it is designed so that it consists of the Housing can be pulled out to establish the connection between the thermocouples and their to make internal heat exchangers accessible.

17. Small cooling device according to claim 16, characterized in that the plastic film forming the inner housing is air-permeable is designed (e.g. perforated).

18. Small cooling device according to claim 1 and 7 to 9, characterized characterized in that the connecting pieces against the heat exchange surfaces one have enlarged cross-section.

19. Small cooling device according to claim 18, characterized marked that the connecting pieces consist of round rod material that only is flattened in the area of contact with the thermocouples.