DE1817058C - Schaltungsanordnung zur Steuerung oder Regelung einer Peltier-Wärmepumpe - Google Patents

Description

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Aus der USA.-Patentschrift 3 121998 ist es be- einrichtung ergibt. Außerdem kann bei der erfinkannt, eine Kammer zur Aufnahme von Kühlgut dungsgemäßen Schaltungsanordnung das Netzteil mittels einer Peltier-Wännepumpe auf konstanter schwächer ausgelegt werden, weil der Leistungs-Temperatur zu halten. Hierzu ist eine Schaltungs- transistor geringerer Leistung auch eine geringere

anordnung mit einem Dreipunktregler vorhanden, 5 vom Netzgerät aufzubringende .Verlustleistung hat.

der einen in der Kammer angeordneten Fühler ent- An Hand der Zeichnung ist ein Ausfunrungsbei-

hält. Das vom Fühler abgeleitete elektrische Signal spiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung

wird einem push-pull-Verstärker zugeführt, durch beschrieben.

den die Peltier-Wärmepumpe in Abhängigkeit von Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung

der Temperatur-Sollwert-Abweichung entweder im io für eine Peltier-Kaskade; in

Kühl- oder im Heizbetrieb gesteuert wird. Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung nach der Er-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- findung für eine Peltier-Kaskade dargestellt;

anordnung zur Steuerung oder Regelung einer F i g. 3 zeigt eine Peltier-Kaskade in schematicher

Peltier-Wärmepurape. Bei einer bekannten Schal- Darstellung.

tungsanordnung besteht die Peltier-Wärmepumpe 15 Im Schaltbild nach Fig. 1, das der bisherigen aus mehreren Peltier-Kühlblöcken, die elektrisch in Technik entspricht, sind die Peltier-Kuhlblocke 1, 2, Reihe geschaltet sind. Dabei sind die Peltier-Kühl- 3, 4 in Reihe geschaltet und über die Kollektorblöcke zu einer Peltier-Kaskade zusammengefaßt, Emitter-Strecke eines Leistungstransistors 7 an eine d. h. thermisch in Form mehrerer Kühlstufen hinter- Spannungsquelle von etwa 10 Volt angeschlossen,
einandergeschaltet. Bei der bekannten Schaltungs- ao Der Basisstrom des Leistungstransistors 7 wild anordnung ist ein Leistungstransistor zu der aus den durch einen Treibertransistor 8 gesteuert, der mit Peltier-Kühlblöcken bestehenden elektrischen Rei- einem Widerstand 9 in Reihe an der Betriebsspanhenschaltung in Serie geschaltet. nungsquelle liegt. Die dargestellte Schaltung ist über

Hierbei fließt der Betriebsstrom der Peltier-Kühl- die Klemmen 10 und 11 an einen Sollwertgeber oder

block-Reihenschaltung über die Kollektor-Emitter- as einen Zwischenverstärker angeschlossen, durch den

Strecke des Leistungstransistors. Der Leistungstran- die Temperatur des zu temperierenden Mediums

sbtor wird durch einen Basisstrom angesteuert, der gesteuert bzw. geregelt wird. Der durch die Reihen-

— in der Regel über einen Zwischenverstärker — schaltung der Peltier-Kühlblöcke und des Leistungs-

durch einen Temperaturfühler eingestellt wird. transistors? fließende Stromi_P möge etwa 12A be-

Bei großen Kälteleistungen der Peltier-Wärme- 30 tragen; dann ist als Basisstrom des Leistungstransi-.pumpen erreicht der durch die Peltier-Kühlblöcke stors7 ein Strom i_B von etwa 1,2 A erforderlich, der fließende elektrische Strom erhebliche Werte, die über den Widerstand 9 und den Treibertransistor 8 etwa 12 bis 15 A betragen können. Bei derart hohen fließt. Der Widerstand 9 muß einen Betrag von etwa Kollektorströmen haben handelsübliche Leistungs- 6 Ohm haben; es entsteht daher an ihm eine Verlusttransistoren nur noch eine Stromverstärkung von 35 leistung von etwa 9 W.

etwa 10. Der Leistungstransistor muß daher durch Bei der Schaltung nach der Erfindung, die in

einen Basisstrom von beispielsweise 1,2 A ange- F i g. 2 dargestellt ist, ist dieser Nachteil vermieden,

steuert werden. Dieser Strom wird üblicherweise mit Der Kollektorstrom des Treibertransistors 8 ist hier

Hilfe eines weiteren Transistors (Treibers) gewon- an dem Zwischenpunkt 12 der Reihenschaltung ab-

nen, dessen Kollektor-Emitter-Strecke über einen 40 gezweigt, der zwischen den Peltier-Kühlblöcken 3

Widerstand an die die Wärmepumpe versorgende und 4, also vor dem letzten, dem Leistungstransistor 7

Spannungsquelle angeschlossen ist. An diesem Wider- benachbarten Peltier-Kühlblock 4 liegt. Der bisher

stand entstehen Verluste in der Größenordnung im Kreis des Basisstromes i_B erforderliche Widerstand

von 10 W. entfällt, ebenso die an diesem entstehenden Verluste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 45 Der Peltier-Kühlblock 4 erhält bei dieser Schaltung

Schaltungsanordnung dieser Art zu finden, mit der einen Strom, der um etwa 10% niedriger ist als der

unter Beibehaltung einer mit einer Peltier-Kaskade durch die Peltier-Kühlblöcke 1 bis 3 fließende Strom;

erzielbaren günstigen Temperaturdifferenz der Auf- das hat jedoch auf die thermische Funktion der

wand für das Netzgerät und den Leistungstransistor Peltier-Wärmepumpe keinen merklichen Einfluß,

verringert werden kann. 50 In Fig. 3 ist eine Peltier-Kaskade dargestellt. Die

Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß Vorstufe der Kaskade wird durch die Peltier-Kühlder Basisstrom des Leistungstransistors an einem blöcke 1, 2 und 3 gebildet, die zwischen den Metall-Punkt der elektrischen Reihenschaltung abgezweigt platten 13 und 14 eingespannt sind. Die Endstufe ist, der vor dem letzten, dem Leistungstransistor be- umfaßt nur einen Peltier-Kühlblock 4, der zwischen nachbarten und die thermische Endstufe der Kas- 55 den Metallplatten 15 und 13 eingespannt ist. Zur kade bildenden Peltier-Kühlblock liegt. Bei der Steuerung oder Regelung dieser Kaskade wird die in Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt Fig. 2 dargestellte Schaltung vorgesehen, bei der sich eine Stromverzweigung, die zu einer Absenkung der Basisstrom i_B des Leistungstransistors 7 vor dem des Stromes durch die Kaskaden-Endstufe um den Peltier-Kühlblock 4, d. h. vor der thermischen End-Betrag des Basisstromes des Leistungstransistors βο stufe der Kaskade abgezweigt ist.
führt. Bei einem Betrieb der Peltier-Kaskäde nach

Es hat sich gezeigt, daß unter Berücksichtigung F i g. 2 mit der konventionellen Steuerschaltung nach

gleichbleibender Einflußgrößen, wie Umgebungs- Fig. 1 erzielt man bei Betrieb mit i_P = 12A eine

temperatur, Netzspannung und abgenommener Kälte- Temperaturabsenkung von z. B. 53,5° C gegenüber

leistung, die Temperaturdifferenz der Gesamtkaskade 65 der Umgebung. Die Schaltung nach Fig. 2 ermög-

nahezu unverändert bleibt. Dennoch ist es möglich, licht es, den Nutzstrom der thermischen Vorstufe

einen Leistungstransistortyp mit geringerer Leistung (Peltier-Kühlblöcke 1 bis 3) ohne zusätzlichen Ener-

cinzusetzen, so daß sich eine Verbilligung der Regel- gieaufwand auf 13,2 A zu erhöhen; dadurch wird

die Temperatursenkung der Gesamtkaskade ebenfalls erhöht, und zwar um 2 auf 55,5° C. Eine gleichmäßige Erhöhung des Betriebsstromes sowohl in der Vor- als in der Endstufe würde diese Wirkung nicht haben, da dann in der Endstufe eine um 20°/o höhere Verlustwärme entstünde, die von der Vorstufe zusätzlich abgepumpt werden müßte.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Steuerung oder Regelung einer Peltier-Wärmepumpe mit einer elektrischen Reihenschaltung aus mehreren Peltier-Kühlblöcken und einem Leistungstransistor, wobei die Peltier-Kühlblöcke thermisch in Form mehrerer Kühlstufen hintereinandergeschaltet sind (Peltier-Kaskade), dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstrom des Leistungstransistors an einem Punkt der elektrischen Reihenschaltung abgezweigt ist, der vor dem letzten, dem Leistungstransistor, benachbarten und die thermische Endstufe der Kaskade bildenden Peltier-Kühlblock liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen