DE1150693B - Thermoelektrisch betriebenes Kuehlgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft thermoelektrisch betriebene Kühlgeräte, insbesondere Kleinkühlschränke oder Kühlbars zur Kühlung von Flaschen.

Bei Anwendung von Thermoelementen zur Erzeugung der notwendigen Kälteleistung ist der konstruktive Aufbau der Kühlgeräte heute in der Regel so, daß in der Geräteisolation eine Anzahl Thermoelemente so eingesetzt ist, daß sämtliche kalten Lötstellen dem Kühlraum zugewandt sind, die warmen Lötstellen dagegen an bzw. nahe der Außenwand der Isolierbehälter liegen. Die einzelnen Elemente sind dabei in der Regel über elektrisch gut leitende Verbindungsstücke miteinander verbunden, außerdem sind sowohl die kalten als auch die warmen Lötstellen gut wärmeleitend mit Wärmeaustauschflächen zur Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe verbunden.

Um eine möglichst große Wärmeaufnahme auf der Kühlrauminnenseite zu erhalten, ohne dessen Nutzraum zu verkleinern, ist es bekannt, die inneren Wandungen der Kühlräume, insbesondere die Seitenwände, ganz oder wenigstens zum großen Teil durch diese Wärmeaustauscher zu bilden oder sie damit zu belegen und somit die Thermoelemente praktisch über einen großen Teil der Kühlgerätewandungen zu verteilen. Da nach außen hin die Thermoelemente ebenfalls mit Wärmeaustauschern zur Wärmeabgabe verbunden sein müssen und deren Flächen in der Regel größer sein müssen als die der inneren Wärmeaustauscher, so ergibt sich für diesen Aufbau ein sehr großer Raumbedarf, d. h., das Verhältnis Gesamtraum zu Nutzraum ist sehr ungünstig.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß die Wärmeaufnahmefähigkeit der im Kühlgerät liegenden Wärmeaustauscherflächen verhältnismäßig schlecht ausgenutzt wird, da diese Flächen nicht in unmittelbare Berührung mit zu kühlenden Gütern kommen, wie dies bei den herkömmlichen Kühlgeräten wenigstens zum Teil durch die Gestaltung der Verdampfer als Kühlroste und Abstellflächen für das Kühlgut möglich ist.

Es ist zwar bereits ein thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät bekannt, bei dem die Thermoelemente im Boden eines Gefäßes oder Gehäuses angeordnet sind und der den kalten Lötstellen zugeordnete ' Wärmeaustauschkörper als eine parallel zum Boden liegende Platte ausgebildet ist, die zugleich als Kühlgutablage dient. Da hier die Thermoelemente mit der Platte und dem Kühlgut belastet sind, ist eine solche Anordnung bei Verwendung von Thermoelementen auf Halbleiterbasis, die heute wegen des wesentlich höheren Wirkungsgrades gegenüber den früheren metallischen Thermoelementen ausschließlich in Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Günter Dunkel, Kassel,
und Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Bodo-Horst Haidtke,

Kassel-Bettenhausen,
sind als Erfinder genannt worden

Frage kommen, nicht anwendbar, da diese Halbleiterthermoelemente keine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für die Thermoelemente und ihre den kalten Lötstellen zugeordneten Wärmeaustauscherflächen zu finden, die eine bessere Ausnutzung der Wärmeaufnahmefähigkeit der letzteren durch ihre Ausgestaltung als Kühlgutablagen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit den Thermoelementen fest, z. B. durch Löten verbundenen Kühlflächen frei in das Kühkauminnere ragen und zur mechanischen Entlastung der Thermoelemente an ihrem wandseitigen Ende an der Wand des Kühlrauminnenkastens so befestigt sind, daß sie allein von dieser Wand getragen werden.

Durch diese Anordnung der Wärmeaustauscherflächen im Kühlraum sowie ihre unmittelbare Benutzung als Auflageflächen für das Kühlgut bei einer Formgebung, die eine gute Kontaktkühlung schafft, kann die von den Thermoelementen erzielbare Kälteleistung wesentlich besser ausgenutzt werden als bei den bekannten Anordnungen dieser Art.

Besonders zweckmäßig erweist sich die Erfindung, wenn es sich darum handelt, den Inhalt von Flaschen zu kühlen, z. B. in einer Hausbar. Stellt man, wie üblich, die Flaschen auf den Boden des Kühlschrankes, so ist, selbst wenn dieser Boden eine Kühlfläche bildet, der unmittelbare Wärmeübergang nur sehr schlecht, da die Flaschen nur eine schmale, kreisring-

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förmige Berührungsfläche mit der Kühlplatte besitzen und außerdem an dieser Stelle noch ihre größte Wandstärke aufweisen.

Die frei in den Kühlraum ragenden Kühlflächen Vermögen die Kühlung von Flaschen beträchtlich zu beschleunigen, wenn man sie gemäß der weiteren Erfindung so ausbildet, daß die Flaschen auf ihnen liegend aufbewahrt werden können und dabei eine größere unmittelbare Berührungsfläche mit den Kühlflächen besitzen.

Zweckmäßig ordnet man die Wärmeaustauscher im Kühlraum so an, daß sie sich nur im oberen Teil des Kühlraumes befinden. Da nicht nur ihre Oberflächen den darauf abgestellten Gütern Wärme entziehen, sondern auch ihre Unterseiten Kälte abstrahlen, ergibt sich eine gute und gleichmäßige Kühlwirkung im gesamten Innenraum des Kühlschrankes. Von besonderem Vorteil ist die Anordnung gemäß der Erfindung, wenn es sich darum handelt, Flaschen zu kühlen, wie es z. B. in einer Kühlbar der Fall ist. In diesem Falle bildet man die Wärmeaustauscher so aus, daß sie zwei ebene, zueinander in einem Winkel von etwa 120° stehende Flächen bilden, auf denen die Flaschen liegend aufbewahrt werden. Auf diese Weise wird zwischen Wärmeaustauscher und Flasche eine wesentlich größere Kontaktkühlfläche geschaffen, als dies bei stehender Ablage von Flaschen auf Wärmeaustauscherflächen möglich ist.

Es ist im übrigen allgemein bekannt, daß beträchtliche Zeit erforderlich ist, um den Inhalt einer stehend gelagerten Flasche, die von unten her gekühlt wird, auf eine gleichmäßige niedrige Temperatur zu bringen. Das Temperaturgefälle zwischen Boden und Hals der Flaschen gleicht sich dabei nur langsam aus. Wesentlich schneller wird der Flascheninhalt bei liegender Flaschenlagerung abgekühlt, insbesondere wenn die als Auflage dienenden Wärmeaustauscher gemäß der weiteren Erfindung eine Neigung von etwa 15° gegen die Horizontale besitzen. Durch die längs der Flasche verlaufenden Berührungslinien mit dem Wärmeaustauscher und die geneigte Lage der Flasche wird eine besonders günstige Zirkulation des Flascheninhalts und damit eine gleichmäßige Temperierung des Inhalts bewirkt.

Die für die Ablage von Flaschen von den Wärmeaustauschern gebildeten flachen Rinnen können auf verschiedene Weise mit den wie üblich in der Kühlschrankisolierung angeordneten Thermoelementen verbunden sein. So kann man beispielsweise die Wärmeaustauscher als Winkelschienen mit einem Öffnungswinkel von etwa 120° ausbilden, die je mit einem Kühlelement verbunden sind. Man kann aber auch die Auflage aus zwei parallelen, ebenen Metallschienen zusammensetzen, die zueinander einen Winkel von etwa 120° besitzen, und jede dieser beiden Schienen an ein Kühlelement anschließen. Die beiden Schienen müssen jedoch elektrisch gegeneinander isoliert sein. Da die Betriebsspannungen nur sehr niedrig sind, genügt hier schon ein kleiner Luftspalt zwischen den im Scheitel des Winkels parallel verlaufenden Kanten, sofern die Auflagen selbst eine genügende Steifigkeit besitzen, daß sie nicht durch Verbiegen oder Federung einander berühren können. Aus Sicherheitsgründen kann man die beiden benachbarten Kanten auch mit einem Isolierüberzug, z. B. einem geeigneten Lacküberzug, versehen.

Zur Vergrößerung der Strahlungsfläche sind die Auflageschienen zweckmäßig an ihrer Unterseite noch mit Rippen versehen. Im Schrank selbst sind die Auflagen zweckmäßig an der Rückseite des Schrankes mittels Flanschen befestigt. Sie sind in der gewünschten Anzahl in Reihen nebeneinander bzw. in mehreren Reihen übereinander angeordnet. Zur besseren Räumausnutzung stehen die Flaschenauflagen in den verschiedenen Reihen jeweils auf Lücke. Der von Flaschenauflageni freie untere Teil des Kühlraumes kann zur Ablage anderer Kühlgüter, wie Torten, Butter, Obst u. dgl., verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Diesem ist eine Kühlbar zugrunde gelegt, die in Fig. 1 von der Seite im Schnitt gemäß Schnittlinie A-B in Fig. 2 und in Fig. 2 von vorn bei entfernter Tür dargestellt ist. Fig. 3 zeigt in etwas vergrößertem Maßstab eine Flaschenauflage von vorn gesehen.

In den Zeichnungen ist mit 1 das Kühlschrankgehäuse, bestehend aus Innenkasten, Isolierung und Außengehäuse, bezeichnet. 2 ist die entsprechend isolierte Kühlschranktür. In die Isolierung der Rückwand ist eine Anzahl von Thermoelementen 4 eingesetzt bzw. eingebettet, die in üblicher Weise je aus zwei Schenkeln aus geeignetem Halbleitermaterial mit n- und p-Leitung bestehen, sowie den mit ihnen verbundenen gut elektrisch und wärmeleitenden Anschlußstücken 7 und 8, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen und nach beiden Seiten aus der Isolierung heraustreten. An die mit den warmen Lötstellen der Thermoelemente verbundenen Anschlußstücke 8 sind außerhalb des Kühlschrankgehäuses in einem an dessen Rückseite gebildeten Schacht Wärmeaustauschplatten 6 an sich beliebiger Gestaltung angeschlossen. Mit den zur Kühlraumseite gerichteten Anschlußstücken 7 der kalten Lötstellen sind die als Kühlgutablagen ausgebildeten Wärmeaustauschers gut wärmeleitend und gegebenenfalls lösbar verbunden. Um diesen in der oben bereits beschriebenen Weise als flache Winkelschienen ausgebildeten Kühlgutablagen die nötige Tragfähigkeit und Steifigkeit zu verleihen, sind ihre wandseitigen Enden flanschartig ausgebildet oder mit Flanschen 9 fest, z. B. durch Schweißen, verbunden und diese Flansche an der entsprechend stabilen Rückwand des Innenkastens z. B. mittels Schrauben 10 befestigt. Die als Kühlgutablagen ausgebildeten Wärmeaustauscher 5 sind aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise als Druckgußkörper hergestellt. Sie sind bei dem gezeigten Beispiel, wie in Fig. 3 dargestellt, aus zwei Schienen 5 α und 5 b zusammengesetzt, die zueinander einen Winkel a = 120° einnehmen. Zur Vergrößerung der Oberfläche sind diese Schienen auf ihrer Unterseite mit Rippen 17 versehen. Jede der beiden Schienen, die zusammen die flache Aufnahmerinne bilden, ist mit einem Thermoelement 4 verbunden. Ihre Stoßkanten im Scheitelpunkt des Winkels sind elektrisch voneinander isoliert.

Von diesen Flaschenablagen sind im oberen Teil des Schrankes sieben in zwei Reihen übereinander angeordnet, wobei die Ablagen der unteren Reihe jeweils in der Lücke zwischen zwei Ablagen der oberen Reihe angeordnet sind. Zu ihrer Kühlung sind somit bei dieser Anordnung vierzehn Thermoelemente erforderlich, die für die vorgesehene Schrankgröße eine ausreichende Kälteleistung liefern. Die Ablagen sind so an der Schrankrückwand befestigt, daß sie eine Neigung von etwa 15° gegenüber der Horizon-

talen besitzen. Die Gesamtanordnung der Flaschenablagen ist so getroffen, daß im Vorderteil des Schrankes etwa die halbe Höhe, im hinteren Teil etwa ein Drittel der Höhe des Schrankinnenraumes frei von Ablagen ist. Damit steht genügend Raum zur Ablage weiterer Kühlgüter zur Verfügung, die durch die von den darüberliegenden Wärmeaustauschern herabfallende Kaltluft gut gekühlt werden.

In der Unken unteren Ecke des Kühlschrankes ist noch ein zusätzlicher Eiswürfelbereiter 11 angeordnet. Er besteht aus einem oder zwei Thermoelementen 14, die hier in einem in eine Ausnehmung der Rückwandisolierung dicht einsetzbaren Isolierstopfen 16, z. B. aus Schaumkunststoff, eingebettet sind und über den Anschlußstücken 7 und 8 der Schrankelemente entsprechende Anschlußstücke mit den Wärmeaustauschern 12 und 15 verbunden sind. Ersterer ist auf seiner in den Kühlraum ragenden Oberseite mit becherartigen Vertiefungen zur Aufnahme des zu Eisstückchen zu gefrierenden Wassers versehen. Das Ganze ist so ausgebildet, daß es leicht in den Kühlschrank einsetzbar und herausnehmbar ist. Bei entferntem Eiswürfelbereiter wird die Öffnung in der Rückwand durch einen passenden Isolierstopfen verschlossen. Zweckmäßig ist der der Eis-Würfelbildung dienende Wärmeaustauscher 12 zur leichteren Zugänglichkeit und Handhabung lösbar mit dem bzw. den Thermoelementen verbunden, so daß er nach vorn aus dem Schrank herausnehmbar ist. Der Eiswürfelbereiter kann selbstverständlich auch an einer anderen Stelle des Kühlschrankes angeordnet werden, z. B. an einer Seitenwand.

Die Erfindung ist auch nicht auf die beschriebene konstruktive Gestaltung der Wärmeaustauscher als flache Winkelschienen beschränkt, vielmehr können diese Wärmeaustauscher zur Ablage anderer Kühlgüter dienen und entsprechend gestaltet, gegebenenfalls auch zur Erzielung größerer Berührungsflächen mit den Kühlgütern federnd ausgebildet sein oder mit federnden Auflagen versehen sein, derart, daß sich die federnden Flächen den Konturen der Kühlgüter anschmiegen und damit die Wärmeübergangsflächen vergrößern.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE: 45

1. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät mit in der Isolierung eines Kühlraumes angeordneten Thermoelementen, deren den kalten Lötstellen zugeordnete Kühlflächen im Kühlraum angeordnet und als Kühlgutablagen ausgebildet sind, da- durch gekennzeichnet, daß die mit den Thermoelementen fest, z. B. durch Löten verbundenen Kühlflächen frei in das Kühbauminnere hineinragen und zur mechanischen Entlastung der Thermoelemente an ihrem wandseitigen Ende an der Wand des Kühlrauminnenkastens so befestigt sind, daß sie allein von dieser Wand getragen werden.

2. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die je mit einem Kühlelement verbundenen Wärmeaustauscher zur Lagerung von Flaschen als Winkelschienen mit einem Öffnungswinkel von etwa 120° ausgebildet sind, auf denen die Flaschen liegend abgelegt werden.

3. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen zur hegenden Aufbewahrung von Flaschen von zwei parallel angeordneten, zueinander einen Winkel von 120° bildenden Metallschienen gebildet werden, die je mit einem Kühlelement verbunden und gegeneinander elektrisch isoliert sind.

4. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl derartiger Flaschenauflagen nebeneinander und gegebenenfalls in mehreren Reihen übereinander, vorzugsweise im oberen Teil des Kühlraumes, angeordnet ist.

5. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschenauflagen in verschiedenen Reihen jeweils auf Lücke zwischen den Flaschenauflagen benachbarter Reihen angeordnet sind.

6. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flaschenauflagen um etwa 15° gegen die Horizontale geneigt sind, und zwar bei an der Schrankrückwand befestigten Flaschenauflagen von vorn nach hinten abfallend.

7. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kühlgutträger dienenden Wärmeaustauscher an ihrem wandseitigen Ende flanschartig ausgebildet oder an besonderen Flanschen befestigt skid, die ihrerseits mit einer entsprechend stabilen Rückwand des Kühlrauminnenkastens fest oder lösbar verbunden sind.

8. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscher in an sich bekannterWeise mit zusätzlichen Kühlrippen versehen sind.

9. Thermoelektrisch betriebenes Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kühlgutträger dienenden Wärmeaustauscher im Druckgußverfahren hergestellte Körper hoher Wärmeleitfähigkeit sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 948 421;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 001 346;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 628 487;
österreichische Patentschrift Nr. 129 428;
USA.-Patentschrift Nr. 413 136.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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