DE2334452A1

DE2334452A1 - Kuehlschrank mit in der tuer eingebautem kuehlaggregat

Info

Publication number: DE2334452A1
Application number: DE19732334452
Authority: DE
Inventors: Alex Harkias
Original assignee: A AND E PLASTIK PAK CO Inc
Current assignee: A AND E PLASTIK PAK CO Inc
Priority date: 1972-07-14
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: JPS4952351A; FR2237146B3; US3821881A; CA979075A; IT989740B; GB1380038A; FR2237146A1

Description

Kühlschrank mit in der Tür eingebautem Kühlaggregat.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlschränke und insbesondere auf einen Kühlschrank, der ein Kühlaggregat aufweist, das vollständig in der Tür des Kühlschranks enthalten ist und das zum Kühlen wärmeelektrische Modulbauteile verwendet. Bei Kühlschränken, die zum Gebrauch in fahrbaren Einrichtungen, wie z.B. in Campingwagen, Anhangern und Booten, bestimmt sind, ist es wichtig, daB das verwendete Kühlaggregat einen geringstmöglichen Energiebedarf hat, und daB diese Energie so wirkungsvoll wie möglich verwertet wird. Dies beruht auf dem Umstand, daß die in einer derartigen Umgebung zur Verfügung stehende Energiequelle im allgemeinen eine Batterie ist. Ferner ist es erforderlich, daB derartige Aggregate von verhältnismäßig gedrängter und wirtschaftlicher Ausbildung sind.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Lichi 309884/1175 Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

MÖNCHEN 2, THERESl legramm-Adresse: Lipatli/München

Es sind thermoelektrische Kühlmoduleinheiten entwickelt worden, die die Lösung für das Problem zu sein scheinen, eine gedrängte, wirtschaftliche Kühlvorrichtung mit geringem Energieverbrauch für bewegliche Einrichtungen zu schaffen. In der Technik bekannte Kühlaggregate, die thermoelektrische Kühlmoduleinheiten verwendeten, sind für gewöhnlich als Hilfsaggregate verwendet worden, die in der Tür des Kühlschranks eingebaut waren, wobei ein Haupteggregat in herkömmlicher Weise in den Schrank eingebaut war. Bestimmte bekannte Kühlschränke h^ben auch thermoelektrische Aggregate verwendet, die im Inneren des Schrankkörpers eingebaut waren. Dieses System hat den Nachteil, daß im Falle eines fehlerhaften Funktionierens oder des Ausfalles des Kühlaggregats der gesamte Kühlschrank zur Instandsetzung ausgebaut werden muß. Ferner fehlte bei den meisten bekannten Vorrichtungen dieser Art der Betriebswirkungsgrad und der geringe Stromverbrauch, der erforderlich ist, insbesondere bei fahrbaren Einrichtungen.

Die erfindungsgemäßeVorrichtung überwindet die Nachteile, die bei Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik vorhanden waren. Sie schafft ein außerordentlich wirkungsvolles KQhlaggregat mit geringem Stromverbrauch, das in seinar Gesamtheit in der Tür des Kühlschrankes eingebaut ist. Falls also ein derartiges Aggregat ausfällt, braucht nur die Tür herausgenommen zu werden, am die notwendigen Instandsetzungsarbeiten durchzuführen. Die Anbringung des Kühlaggregats in der Tür erleichtert auch weitgehend die Herstellung der Aggregate, da die Hauptkörper der Kühlschränke bei dem Einbau und bei der Prüfung der Kühlbestandteile gar nicht gehandhabt zu werden brauchen. Ferner können bereits bestehende Kühlschränke auf die erfindungsgemäßen Türkühlaggregate umgerüstet werden, um einen elektrischen Kühlschrank herzustellen, wodurch

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die Kosten für ein vollständiges neues Kühlschrankaggregat gespart werden können. Das Kühlaggregat gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein außerordentlich wirkungsvolles Wärmeaustauschsystem, um eine optimale Verwertung der elektrischen Energie zu ermöglichen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher in der Schaffung eines verbesserten Kühlaggregats, das besonders nützlich für fahrbare Einrichtungen ist.

Ferner soll erfindungsgemäß die Instandsetzung und Umrüstung von fahrbaren Kühleinrichtungen erleichtert werden.

Ferner soll erfindungsgemäB ein außerordentlich wirksamer Kühlschrank geschaffen werden, der geringen Strombedarf hat, und der bei Bedarf selbsttätig über einen weiten Bereich von Zimmertemperaturen arbeitet.

Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen sind:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 eine Querschnittsansicht entlang der durch die Linie 2-2 in Figur 1 angegebenen Ebene,

Figur 3 eine Querschnittsansicht entlang der durch die Linie 3-3 in Figur 2 angegebenen Ebene,

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Figur 4 eine teilweise geschnittene Aufrissansicht, die das Kühlsystem das gezeigten Ausführungsbeispieles veranschaulicht, und

Figur 5 eine schematische Zeichnung, die die elektrische Schaltung des gezeigten Ausführungsbeispieles veranschaulicht.

Kurz beschrieben umfaß t die erfindungsgemäBe Vorrichtung einen Kühlschrank, in dessen Tür ein Kühlsystem eingebaut ist. Dieses Kühlsystem verwendet thermoelektrische Modulteile, die aneinem "kalten" Stab befestigt sind, wobei ihre kühlen Flächen an dem Stab anliegen. Wärmeaustauschelemente, die Wärmesenken bilden, sind ebenfalls an den thermoelektrischen Modulen befestigt. Diese Wärmeaustauscher liegen mit ihren Flächen an den "heißen" Flächen der thermoelektrischen Module an. Wärmeaustauscherelemente, die die Kühlwirkung hervorrufen, sind an dem kalten Stab angebracht, und diese Elemente sind entlang der Innenwand der Kühlschranktür angebracht, um das Innere des Kühlschranks zu kühlen. Ein Gebläse ist in Nähe der Aussenwand der Kühlschranktür vorgesehen, um die Umgebungsluft so umzuwälzen, daß die Wärmeenergie von den mit den heißen Flächen der thermoelektrischen Module verbundenen Wärmeaustauscherelementen verteilt wird. Ein Thermostat ist vorgesehen, um die elektrische Stromzufuhr von den thermoelektrischen Modulen zu trennen, wenn eine gewünschte Temperatur erreicht worden ist. Unter diesen Bedingungen erzeugen die thermoelektrischen Elemente eine ajsreichende Spannung, um das Gebläse anzutreiben, wodurch die Umwälzung der Luft durch die Wärmeaustauscher solang fortgesetzt wird, bis die Wärmeaustauscher sich auf Zimmertemperatur befinden, ohne Strom von der Stromquelle zu verbrauchen. Es sei bemerkt, daß ohne laufendes Gebläse der Wärmeströmungsweg durch das Kühlaggregat in den Kühlschrank beeinträchtigt wird, weil die Wärmeaustauscherrippen

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sich innerhalb dar Tür befinden und die Wärme nicht leicht auf sie übertragen wird.

In den Figuren 1-4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranahaulicht. Wie in Figur 1 gezeigt ist, weist ein Kühlschrank 11 eine Vordertür 14 auf, die an dem Rahmen 15 des Kühlschrankes von Scharnieren 16getragen wird. Die Tür 14 kann von dem Hauptkorper des Kühlschrankes zum Zwecke der Instandsetzung oder des Austausches leicht abgenommen werden. An der Aussenwand 19 der Tür 14 befindet sich ein Handgriff 17 zum öffnen und Schießen der Tür, und ein Ein-Aus-Schalter 18 für die Stromzufuhr zu dem Kühlsystem des Kuhlaggregats. In der Vorderwand der Tür 14 ist eine öffnung 2o ausgebildet, über der ein Gitter 21 angebracht ist, sowie eine öffnung 22 mit einem darüber angebrachtenGitter 24. Ein Gebläse 25 ist hinter dem Gitter 21 angebracht, während hinter dem Gitter 24 ein Luftraum 29 ausgebildet ist. Ein Lufströmungsweg ist zwischen dem Luftraum 29 und dem Gebläse 25 für die Umwälzung von Luft zwischen den Gittern 21 und 24 durch die Rippen 4oa und 41 a von Wärmeaustauschern 4o und 41 gebildet, wenn die Gebläseflügel 25a gedreht werden.

In den Figuren 2-4 ist das Kühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich veranschaulicht. In Nähe der Innenwand 5o der Tür 14 sind Wärmeaustauscherelemente 55 und 56 infolge ihrer Befestigung an einem "kalten" Stab 6o angeordnet. Diese Wärmeaustauscherelemente sind aus einem Material hergestellt, das hohe wärmeleitfähige Eigenschaften aufweist, und umfassen flache Plattenteile 55b und 56b sowie Rippenteile 55a und 56a. Die Wärmeaustauscherelemente 55 und 56 dienen dazu, daß das Innere des Kühlschranks gekühlt wird.

Die Wärmeaustauscherelemente 55 und 56 sind mittels Bolzen 52 an dem "kalten" Stab 6o befestigt, der mit einer

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seiner breiten Flächen an den breiten Flächen der flachen Plattenteile 55b und 55b der Wärmeaustauscher anliegt. Der kalte Stab 6o ist aus einem Material hergestellt, das hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Zwischen dem kalten Stab und den Wärmeaustauscherelementen 4o und 41 sind thermoelektrische Kühlmodulteile 72 bzw, 73 eingeklemmt. Diese Kühlmodule sind mit ihren "kalten" Flächen in enger Anlage an dem Stab Bo angebracht, und ihre "heißen" Flächen sind an die breiten Flächen der Plattenteile 4ob und 41b dsr Wärmeaustauscher angelötet. Die Wärmeaustauscher 4o und 41 sind ähnlich wie die Wärmeaustauscher 55 und 56 ausgebildet und bestehen aus 8inem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, und weisen Rippen 4oa und 41a auf, die von ihren flachen Plattenteilen abstehen. Die Wärmeaustauscherelemente 4o und 41 sind durch isolierte Bolzen 71 an dem kalten Stab befestigt. Die Bolzen 71 sind festgezogen, um gute Wärmeberuhrung zwischen den aneinander anliegenden Flächen der Wärmeaustauscher 4o und 41 und der thermoelektrischen Module zu erzielen. Es ist also ersichtlich, daß die Wärmeaustauscheraggregate 55 und 56, der Kaltstab 6o, die thermoelektrischen Module 72 und 73 und die Wärmeaustauscheraggregate 4o und 41 miteinander verbunden sind, um ein Verbundaggregat zu bilden, wobei die aneinandergrenzenden Flächen der einzelnen Teile mit guter Wärmeberührung aneinander anliegen. Das Verbundaggregat ist wirksam an der Tür des Eisschrankes befestigt, wobei die flachen Teile 55b und 56b der "kalten" Wärmeaustauscher an der Innenwand 5o der Tür anliegen, und die flachen Teile 4ob und 41b der "heißen" Wärmeaustauscher an einem Mittelwandteil 51 der Tür anliegen. Die thermoelektrischen Module 72 und 73 kennen im Handel erhältliche Teile sein, die beispielsweise von der Firma Melcor Corporation, Trenton, New Jersey, vertrieben werden. Diese Teile werden aus einer Vielzahl von Thermoelementen gebildet,

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die aus einem thermoelektrischen Stab hergestellt sind, wie zum Beispiel einer Vierstofflegierung aus Bismuth, Tellur, Selen und Antimon» mit kleinen Mengen geeigneter Dotierungen. Es sei bemerkt, daß in bestimmten Fällen der Kaltstab einstückig mit den "kalten" Wärmeaustauscherelementen 55 und 56 ausgebildet sein kann und einen Teil dieser Warmeaustauscheielemente bilden.

Die vereinigten Massen der "kalten" Wärmeaustauscher 55 und 56 ist wesentlich größer, als die vereinigten Massen der "heißen" Wärmeaustauscher 4o und 41, Das Verhältnis dieser Massen ist so ausgelegt, daß, solange die heißen Wärmeaustauscher höhere Temperatur als Zimmertemperatur haben, die thermoelektrischen Module genügend elektrische Energie erzeugen, um das Gebläse in Drehung zu versetzen und die heißen Wärmeaustauscher abzukühlen. Mit den in der TQr eingebauten heißen Wärmeaustauschern ist die natürliche Konvektion weitgehend verringert. Wann daher die heißen Wärmeaustauscher eine Temperatur unter der Zimmertemperatur haben, wird die Wärmeübertragung durch das Kühlaggregat in den Kühlschrank erheblich verringert. Dieses optimale Massenverhältnis kann empirisch durch in der Technik bekannte Verfahren bestimmt werden.

Ein Gebläse 25 mit Gebläseflügeln 25a, die von einem Motor 25b angetrieben werden, ist in der Tür 14 in Nähe' ihrer Aussenwand angebracht, um eine Umwälzung der Umgebungsluft durch die Rippen4oa und 41a der Wärmeaustauscher 4o und 41 zur Kühlung dieser Rippen hervorzurufen. Das Gebläse wird durch die von der Stromquelle Bo zugeführte Energie angetrieben (siehe Figur 5). Die Stromquelle kann eine Batterie sein. Wie es im Zusammenhang mit Figur 5 zu erläutern ist, wird das Gebläse ferner durch die elektrische Energie angetrieben, die von den thermoelektrischen Elementen 72 und 73 geliefert wird, wenn sich der

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Kühlschrank auf der gewünschten Kühltemperatur befindet und der Regelthermostat sich in s&inem Abschaltzustand befindet.

In Figur 5 ist die elektrische Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Der Strom wird sowohl für die thermoelektrischen Module 72 und 73 als auch für den Gebläsemotor 25b von einer Gleichstromquelle θο geliefert, die die normale Bäterie eines Fahrzeuges oder Bootes sein kann. Der Strom wird durch den Schalter 18 eingeschaltet, so daß Strom von der Stromquelle durch den Thermostat 81 sowohl den thermoelektrischen Modulen als auch dem Gebläsemotor zugeführt wird. Der Thermostat 81 ist im Inneren des Kühlschrankes angebracht, und wenn die gewünschte Kühltemperatur erreicht ist, geht der Thermostat in seinen"Abschalt"-Zustand, um die Stromzufuhr zu den elektrischen Modulen und dem Gebläsemotor zu unterbrechen. Unter diesen Bedingungen wird infolge des Temperaturunterschiedes zwischen den "heißen" und "kalten" Flächen der thermoelektrischen Module eine Spannung von diesen Modulen erzeugt. Diese Spannung ist ausreichend, um den Gebläsemotor 25b anzutreiben, um die Kühlwirkung des Gebläses 25a solange fortzusetzen, bis die Temperatur der Wärmeaustauscher 4o und 41 auf die Umgebungstemperatur absinkt. Obwohl der von den thermoelektrischen Modulen 72 und73 gelieferte Strom erheblich geringer ist, als der von der Stromquelle Bo gelieferte, ist er dennoch groß genug, um das Gebläse 25a in Drehung zu halten, wenn auch mit verringerter Drehzahl. Die Kühlung der Wärmeaustauscher 4o und 41 wird also nach dem Abschalten der Hauptstromquelle solange fortgesetzt, bis die Temperatur dieser Wärmeaustauscher die Umgebungstemperatur erreicht. Dadurch wird eine optimale Verwertung der verfügbaren elektrischen Energie zur Unterstützung der Kühlwirkung erreicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft also einen

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außerordentlich wirkungsvollen Kühlschrank mit verhältnismäßig geringem elektrischem Energiebedarf, der besonders geeignet ist zur Verwendung in fahrbaren Einrichtungen, wie zum Beispiel in Campingwagen, Anhängern und Booten.

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Claims

Patentansprüche

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M ,/ Kühlschrank mit abnehmbarer Tür, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage in der Tür (14) untergebracht ist und aus folgenden Einzelteilen besteht:

Ersten Wärmeaustauschern (4o, 41), mit einer Vielzahl von Rippen C4oa, 41a), die so angebracht sind, daß ihre Rippen sich in Nähe der Aussenwand der Tür befinden, einem Stab (6o) mit hoher Wärmeleitfähigkeit, thermoelektrischen Bauteilen mit einander entgegengesetzten "heißen" und "kalten" Flächen, die an dem Stab (6o) so befestigt sind, daß ihre "kalte" Fläche an einer Fläche des Stabes anliegt, um die Wärmeübertragung dazwischen hervorzurufen, einer Einrichtung C8o) für die Zufuhr von elektrischer Energie zu den thermoelektrischen Bauteilen, Teilen zur Befestigung des Stabes an den ersten WärmeauotsuschernüV/obei die thermoelektrische; Bauteile zwischen dem Stab und den ersten Wärmeaus tauschern eingeklemmt werden und die "heiße" Fläche der thermoelektrischen Teils an den ersten Wärmeaustauschern anliegt, um die Wärmeübsiragung dazwischen hervorzurufen, zweiten Wärmeaustauschern (55, 56), die an dem Stab zur übertragung von Wärmeenergie dazwischen befestigt sind, wobei eine Fläche der zweiten Wärmeaustauscher an derjenigen Fläche des Stabes anliegt, die der Fläche entgegengesetzt ist, die an den thermoelaktrischen Teilen anliegt, und wobei die zweiten Wärmeaustauscher Rippen aufweisen, die von der Innenwand der Tür in das Innere des Kühlschrankes verlaufen, und einer Einrichtung (25) zur Umwälzung der Umgebungsluft durch die Rippen (4oa, 41a) der ersten Wärmeaustauscher.
2. Voxrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Umwälzen der Luft ein Gebläse (25) ist, das in Nähe der Aussenwand dar Tür über den ersten Wärmeaustauschern angebracht ist, daß in der Aussenwand vor dem Gebläse eine erste öffnung (2o) ausgebildet ist und in Nahe der Rippen der ersten Wärmeaustauscher eine zweite Öffnung (22) in der Aussenwand der Tür ausgebildet

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ist, so daß eine Luftströmungsweg von der ersten Öffnung, durch die Rippen [4oa, 41a) und die zweitq Öffnung [221 gebildet wird, und daß eine elektrische Stromquelle vorgesehen ist, durch die das Gebläse zur Umwälzung der Luft durch den Luftströmungsweg gedreht wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle für die themnoelektrischen Teile und für das Gebläse eine Gleichstromquelle (8o) ist und daß ein Thermostat (Θ1) zwischen der Stromquelle einerseits und dem Gebläse und den thermoelektrischen Teilen andererseits angeordnet ist, und daß der Thermostat nur dann zum Durchlassen von Strom erregt wird, wenn die Temperatur des Kühlschranks eine bestimmte Temperaturübersteigt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse durch die Energie von den thermoelektrischen Teilen gedreht wird, wenn dar Thermostat dahingehend entregt wird, die Stromzufuhr von der Stromquelle zu unterbrechen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die thermoelektrischen Teile zwei thermoelektrische Module umfaßt.

B. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Wärmeaustauscher erste und zweite Paare von Wärmeaustauscheraggregaten umfassen, wobei jedes Paar nebeneinander angeordnet ist.

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