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Thermoelektrische Kühlanordnung Es ist bekannt, Halbleiter für thermoelektrische
Kühlanordnungen in der Weise zu verwenden, daß mehrere Halbleiter mit verschiedenem
Leitungstypus in der Art eines Thermoelements hintereinandergeschaltet werden, um,
als Wärmepumpe arbeitend, die Wärme aus einem zu kühlenden Raum nach außen zu übertragen.
Dabei wird die Wärme von der Kaltlötstelle aus der Umgebung aufgenommen und auf
der anderen Seite von der Heißlötstelle an die Umgebung abgegeben. Um einen guten
Wärmeübergang sowohl an der Kaltlötstelle als auch an der Heißlötstelle zu haben,
werden diese mit Wärmeaustauschern versehen, die durch einen guten Wärmeleiter mit
den betreffenden Lötstellen der Wärmepumpe verbunden sind, wodurch diese maximale
Aufnahme und Abgabe der Wärme erreicht wird. Andererseits muß diese Verbindung zu
den einzelnen Kalt- oder Heißlötstellen elektrisch isoliert sein, um einen Kurzschluß
zwischen den verschiedenen Kalt- und Heißlötstellen zu verhindern. Als Material
für diese elektrisch isolierte, aber eine gute Wärmeübertragung herbeiführende Schicht
wird beispielsweise Berylliumoxyd oder ein flüssigkeitsgefüllter Hohlkörper verwendet,
der mit Kühlrippen versehen sein kann. Bei der praktischen Verwendung derartiger
Wärmepumpen ist es nun wünschenswert, die Tätigkeit der Wärmepumpe abzuschalten,
wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist. Wenn aber die Abschaltung vorgenommen
ist, besteht die Gefahr, daß auf Grund der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustauscher
und der Halbleiter die Wärme aus der Umgebung der Heißlötstellen sofort wieder zurück
zur Kaltlötstelle geführt und dort von dem entsprechenden Wärmeaustauscher wieder
in den vorher gekühlten Raum abgegeben wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird zur Beseitigung der vorstehend
genannten Schwierigkeiten eine Anordnung vorgeschlagen, bei der mit der Unterbrechung
der Wärmeabfuhr durch Unterbrechung des Stromes gleichzeitig auch die Möglichkeit
gegeben ist, die Wärmeübertragung zwischen dem Raum an der Kaltlötstelle und dem
an der Heißlötstelle zu unterbrechen. Dies wird dadurch erreicht, daß in bekannter
Weise zur Übertragung der Wärme von einer der Lötstellen zur Umgebung und umgekehrt
ein mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllter Hohlkörper verwendet wird, aus
dem erfindungsgemäß die Flüssigkeit entfernt werden kann, wenn die Wärmezufuhr und
-abfuhr unterbrochen werden soll.
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Zweckmäßigerweise besteht also beispielsweise an der Heißlötstelle
einer thermoelektrischen Kühlanordnung die Verbindung zwischen der Heißlötstelle
und dem Wärmeaustauscher aus einem plattenförmigen Hohlkörper, in dem sich eine
gut wärmeleitende Flüssigkeit wie Glyzerin oder wäßrige Lösungen befinden. Solange
nun der Kühlanordnung Strom zugeführt und dadurch an der Kaltlötstelle Wärme aus
der Umgebung aufgenommen und an der Heißlötstelle abgegeben wird, befindet sich
die Flüssigkeit in in dem Hohlkörper. Sobald nun wegen Erreichung der gewünschten
Kälte in der Umgebung der Kaltlötstelle der Strom abgeschaltet wird, wird mittels
eines Relais eine Pumpe angestellt, die aus dem Hohlkörper die Flüssigkeit herauszieht,
wodurch die Wärmeleitung im wesentlichen unterbrochen ist.
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Wenn in dem zu kühlenden Raum die Kühlung fortgesetzt oder wieder
aufgenommen werden soll und zu diesem Zweck die Kühlanordnung wieder unter Strom
gesetzt wird, wird durch das gleiche Relais mittels der Pumpe die Flüssigkeit wieder
in den Hohlkörper gedrückt.
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Auf diese Weise wird eine unerwünschte Rückübertragung der Wärme aus
der Umgebung der Heißlötstelle an die Kaltlötstelle verhindert, und es ist dadurch
möglich, den Strom abzuschalten, wenn wegen der erreichten Temperatur eine Fortsetzung
der Wärmeabfuhr zeitweise nicht erforderlich ist. Auf diese Weise. arbeiten bekanntlich
alle herkömmlichen Kühlschränke, während es bisher noch nicht gelungen war, das
gleiche System bei der Verwendung von thermoelektrischen Kühlanordnungen zu verwirklichen.
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Zweckmäßigerweise besteht nach der Entfernung der Flüssigkeit aus
dem Hohlkörper in diesem Unterdruck, um dadurch den Wärmeübergang durch Konvektion
der Luft so gering wie möglich zu halten.
Während der Boden und
die Decke des Hohlkörpers zweckmäßigerweise aus gut wärmeleitendem Material bestehen,
sollten die Seitenwände aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen, um zu verhindern,
daß nach dem Entfernen der Flüssigkeit aus dem Hohlkörper über die Seitenwände Wärme
in unerwünschtem Umfang geleitet wird.
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Als Pumpe für das Hinaussaugen bzw. Hineindrücken der wärmeübetragenden
Flüssigkeit wird zweckmäßigerweise eine einfache Hub- und Druckpumpe verwendet,
die den Inhalt des Hohlkörpers in einem Hub aus dem Hohlkörper entfernt und ihn
mit der umgekehrten Bewegung wieder in den Hohlkörper hineindrückt.
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Nachstehend sind an Hand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung beispielsweise erläutert.
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In Abb.l besteht die thermoelektrische Kühlanordnung aus mehreren
in Reihe geschalteten Halbleitern 1 von verschiedenem Leitungstypus (n und
p). Diese Kühlanordnung ist beispielsweise in die Rückwand 2 eines Kühlschrankes
eingebaut und soll aus dem Innenraum 3 Wärme in den Außenraum 4 übertragen.
Strom wird bei 5 zugeleitet und fließt entsprechend der punktierten Linie in Pfeilrichtung
durch die einzelnen Thermoelementschenkel und verläßt bei 6 die Kühlanordnung. An
dem Wärmeaustauscher 7 wird bei Stromdurchgang durch die Kühlanordnung Wärme aufgenommen
und durch die Verbindungsplatte 8, die aus einem gut wärmeleitenden Material
besteht, an die Kaltlötstellen 9 der einzelnen Thermoelemente übertragen. Die Kaltlötstellen
9 der einzelnen Thermoelemente bestehen Bekannterweise aus Kupferschienen, die voneinander
elektrisch isoliert sind. Die an den Kaltlötstellen aufgenommene Wärme wird an den
Heißlötstellen 10, die ebenfalls aus Kupferschienen bestehen, über Wärmeaustauscher
11 an die Umgebung abgegeben.
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Erfindungsgemäß besteht nun der Wärmekontakt zwischen der Heißlötstelle
10 und dem Wärmeaustauscher 11 nicht wie an der Kaltlötstelle 9 aus
einer die Wärme gut leitenden festen Platte oder Schicht 8, sondern aus einem Hohlkörper
12, der mit einer w 'irmeleitenden Flüssigkeit gefüllt ist, solange die Wärmepumpe
in Betrieb ist. Sobald die Stromzufuhr bei 5 unterbrochen wird, saugt die Membranpumpe
13 die wärmeleitende Flüssigkeit aus dem Hohlraum 12, wodurch die Wärmeleitung
zwischen der Heißlötstelle 10 und dem Wärmeaustauscher 11
unterbrochen
wird, da auch die Seitenwände des Hohlkörpers bei 14 aus Wärme schlecht leitendem
Material bestehen. Sobald die Wärmeübertragung aus dem Innenraum 3 in den Außenraum
4 erneut in Gang gesetzt werden soll, wird die Stromzufuhr bei 5 wieder eingeschaltet,
und zur gleichen Zeit drückt die Pumpe 13, die beispielsweise durch ein Relais mit
dem Schalter der Stromzufuhr verbunden sein kann, die Flüssigkeit wieder in den
Hohlraum 12.
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In der Abb.2 ist eine thermoelektrische Kühlanordnung gezeigt, die
zweistufig arbeitet. Der Wärmeaustauscher 7 nimmt die Wärme auf und überträgt sie
auf die Kaltlötstellen 9 des ersten Thermoelements, das an der Heißlötstelle
10 Wärme an die Kaltlötstelle 9a des zweiten Thermoelements abgeben soll.
Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Thermoelement soll während der
Arbeit der Wärmepumpe eine gute Wärmeleitung haben, und sie besteht erfindungsgemäß
aus dem plattenförmigen Hohlkörper 12, der die gut wärmeleitende Flüssigkeit enthält,
die beim Abschalten des Stromes durch beispielsweise eine Balgpumpe 15 aus
dem Hohlkörper 12 gesaugt wird. Um die Gefahr der Rückübertragung der Wärme
noch weiter zu verringern, besteht in diesem Fall auch der Wärmekontakt zwischen
der Heißlötstelle 10a der zweiten Stufe der Kühlanordnung und dem Wärmeaustauscher
11 zum Außenraum aus einem Hohlkörper 16, aus dem die wärmeübertragende
Flüssigkeit durch die gleiche Pumpe 15 gemeinsam mit der Flüssigkeit aus dem Hohlkörper
12 gesaugt wird.