DE3205549A1

DE3205549A1 - Kuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE3205549A1
Application number: DE19823205549
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.-Ing. Concepción Henker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-02-17
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1983-08-25

Description

Kühlvorri chtun
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit einem wärmeisolierenden Gehäuse und einem im Gehäuse untergebrachten Kältespeicher, der mit einem Kühlmittel gefüllt ist, das über Rohre mit einem Behälter in Verbindung steht und diesen füllt, wobei der Behälter eine große Abstrahlfläche aufweist.
In "Markt und Technik" vom 14. Juli 1978 ist ein "Gleichrichter" -System von Wasser- und Luftkreisläufen beschrieben, bei dem - vergleichbar mit einer Schwerkraft-Warmwasserheizung - einem Innenraum tagsüber Wärme entzogen wird, die in einem Wassertank gespeichert und nachts an die Umgebung abgegeben wird. Auf diese Weise wirkt das System am Tag als Kühlschrank. Dieses ohne Energieversorgung auskommende Kühlsystem beruht auf den durch unterschiedliche Temperaturen hervorgerufenen Dichte- bzw. Gewichtsunterschieden von Flüssigkeiten.
Es setzt sich aus drei Kreisläufen zusnumen. Die von einem Wärmeerzeuger aufsteigende warme Luft wird zunächst einem ersten Wärmetauscher zugeführt, wo sie abgekühlt wird und deshalb wieder nach unten zum Wärmeerzeuger strömt. Den zweiten Kreislauf bildet im ersten Wärmetauscher befindliches Wasser, das sich erwärmt und ausdehnt. Dadurch gelangt das Wasser auf Grund seines dann geringeren spezifischen Gewichts durch ein Steigrohr zu einem zentralen Tank innerhalb des Systems. Ein Fallrohr mit kühlerem Wasser im ersten Wärmetauscher sorgt für den Wassernachschub. Ein zweiter Wärmetauscher verbindet den Tank mit der Außenwelt und ist tagsüber am wärmsten, so daß kein Kreislauf zustande kommt. Sobald Jedoch in der Nacht die Außentemperatur unter die Tanktemperatur sinkt, entwickelt sich der dritte Kreislauf: Das Wasser aus dem zweiten Wärmetauscher kühlt wiederum über das Fall- und Steigrohr den Tankinhalt so lange ab, bis sich die Dichten angeglichen haben bzw. bis die Umgebungstemperatur wieder über die Tanktemperatur steigt.
Das auf diese Weise erkaltete Reservoir dient nun am Tag zur vollautomatischen Kühlung des Innenraums.
Es ist Aufgabe der Erfindung, dieses bereits bestehende System weiter zu verbessern, so daß eine noch stärkere Kühlung auch bei hohen Außentemperaturen erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter wenigstens teilweise mit Solarzellen belegt ist, die elektrisch mit Peltier-Elementen in Verbindung stehen, welche im Innern des Gehäuses untergebracht sind und dort zur Kühlung eines Kühlkörpers dienen.
Als Kühlmittel kann Wasser verwendet werden, während der Kühlkörper zweckmäßigerweise mit Kühlrippen ausgestattet wird. Die Solarzellen sind in gutem Wärmekontakt mit dem Kühlmittel des Behälters. Auch sollte die Wärmekapazität des Kühlkörpers wesentlich kleiner als die Wärmekapazität des Kältespeichers sein. Schließlich ist es noch zweckmäßig, wenn die Abstrahlfläche an ihrem Rand von einem gut reflektierenden Blech umgeben ist, das auf der Außenseite mit einer wärmeisolierenden Schicht belegt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung nsher erläutert, in deren einziger Figur ein Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung dargestellt ist: Die Kühlvorrichtung besteht aus einem Tank 1, einem Tank 2, einem Tank oder Kühlkörper 4 und einem Kühlraum 5. Der Tank 2, der Tank oder Kühlkörper 4 und der Kühlraum 5 sind von einer thermischen Isolierung 6 umgeben.
Außerdem sind zwischen dem Tank 2 und dem Tank 1 Rohre 7 und 8 vorgesehen. Weiterhin ist der Tank 1 mit Solarzellen belegt, die über eine elektrische Verbindung 9 mit Peltier-Elementen 3 in Verbindung stehen. Schließlich sind noch Kühlrippen 10 für den Tank oder Kühlkörper 4 und eine Abschirmung 11 um den Rand des Tanks 1 vorgesehen.
Während der Nacht arbeitet die Vorrichtung auf die folgende Weise: Das im Tank 1 befindliche Wasser kühlt sich durch die Abstrahlung von Wärmeenergie (bei 10 0C etwa 100 bis 360 W/m2) so weit ab, bis die Temperatur des Wassers im Tank 1 unter diejenige des Wassers im Tank 2 abgesunken ist. Dann beginnt Uber die Rohre 7 und 8 eine Zirkulation des Wassers, so daß sich das Wasser im Tank 2 immer mehr abkühlt, bis das Wasser bei 4 0C sein Dichtemaximum erreicht hat oder bis am Morgen die Energiezustrahlung von der Sonne die Abstrahlung überwiegt.
Bei dem bestehenden System wird während des Tages die vom Kühlraum 5 zuströmende Wärme vom Tank 2 aufgenommen, der sich dabei etwas erwärmt, um sich in der nächsten Nacht wieder abzukühlen.
Die Erfindung sieht nun die folgenden zusätzlichen Maßnahmen vor: Die Abstrahlfläche des Tanks 1 wird mit Solarzellen bzw.
Fotoelementen 12 dicht belegt, die elektrisch isoliert, aber im guten Wärmekontakt mit dem Wasser des Tanks 1 sind.
Außerdem werden an der Unterseite des Tanks 2 die Peltier-Elemente 3 mit gutem Wärmekontakt angebracht, deren andere Seite mit dem Tank oder Ktlhlkörper 4 gut wärmeleitend verbunden ist. Der Strom für die Peltier-Elemente 3 wird von den Solarzellen 12 geliefert und so durch diese Peltier-Elemente 3 geschickt, daß sich der Tank oder Kühlkörper 4 weiter abkühlt und die diesem entnommene Wärmeenergie dem Tank 2 zugeführt wird. Von dem Tank oder Kühlkörper 4 wird mittels der Kühlrippen 10 der Kühlraum 5 weiter abgekühlt oder unerwünschte Zuführung von Wärmeenergie kompensiert. In der anschliesenden Nacht wird die dem Tank 2 durch die Peltier-Elemente 3 zugeführte Wärmeenergie über den Tank 1 und die mit den Solarzellen 12 bedeckte Oberfläche in den Außenraum abgestrahlt.
Am folgenden Tag entziehen die von den Solarzellen 12 versorgten Peltier-Elemente 3 den Tank oder Kühlkörper 4 und dem Kühlraum 5 weitere Wärmeenergie und führen diese dem Tank 2 zu.
Der Temperatursprung zwischen dem Tank 2 und dem Tank oder Kühlkörper 4 kann durch das Verhältnis von deren Wärmekapazitäten beeinflußt werden. Je kleiner die Wärmekapazität des Tanks oder Kühlkörpers 4 bezüglich des Tanks 2 ist, umso größere Temperaturen können dann im Tank oder Kühlkörper 4 erreicht werden.
Der Kühlkörper 4 kann beispielsweise ein Aluminiumblock mit Kühlrippen sen. Anstelle der Kühlrippen können auch sogenannte Wärmerohre verwendet werden. Mit diesen ist es besonders leicht, Wärmeenergie von unten nach oben zu transportieren.
Eine Steuerung oder Regelung der Temperatur im Raum 5 ist durch Beeinflussung des Fotostroms der Solarzellen mittels einer in den Stromkreis 9 eingebauten Regelschaltung und einer Temperaturmeßvorrichtung ohne weiteres möglich.
Um die unerwünschte Zustrahlung oder Zuleitung von Wärmeenergie klein zu halten, muß nicht nur der KUhlraum 5 durch die thermische Isolierung 6 gut wärmeisoliert sein, sondern es ist auch zweckmäßig, die Rohre 7, 8 zwischen dem Tank 1 und dem Tank 2 und die Rückseite des Tanks 1 mit einer guten Wärmeisolierung auszustatten.
Damit eine Energiezustrahlung von umliegenden Gegenständen abgefangen werden kann, ist die Abschirmung 11 vorgesehen, die zweckmäßigerweise auf ihrer dem Tank 1 zugewandten Seite ein dünnes, glattes Aluminium- oder Eupferblech bzw. ein anderes gut reflektierendes Blech und auf der Außenseite eine gut wärmeisolierende Schicht, wie beispielsweise Glaswolle, hat.
1 Figur 6 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentansp che Kühlvorrichtung mit einem wärmeisolierenden Gehäuse 6)und einem im Gehäuse untergebrachten Kältespeicher (2), der mit einem Ktihimittel gefüllt ist, das über Rohre (7, 8) mit einem Behälter (1) in Verbindung steht und diesen füllt, wobei der Behälter (1) eine große Abstrahlfläche aufweist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Behälter (1) wenigstens teilweise mit Solarzellen (12) belegt ist, die elektrisch mit Peltier-Elementen (3) in Verbindung stehen, welche im Innern des Gehäuses (6) untergebracht sind und dort zur Kühlung eines KUhlkörpers (4) dienen.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kühlmittel Wasser ist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kühlkörper (4) mit Kühlrippen (10) ausgestattet ist.
4. Kühlvorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Solarzellen (12) in; gutem Wärmekontakt mit dem Kühlmittel des Behälters (1) sind.
5. Kühlvorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmekapazität des Kühlkörpers (4) wesentlich kleiner als die Wärmekapazität des Kältespeichers (2) ist.
6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abstrahlfläche an ihrem Rand von einem gut reflektierenden Blech (11) umgeben ist, das auf der Außenseite mit einer wärmeisolierenden Schicht belegt ist.