DE3627747A1

DE3627747A1 - Thermoelektrische einrichtung nach peltier mit elektrotechnischem wandler

Info

Publication number: DE3627747A1
Application number: DE19863627747
Authority: DE
Inventors: Christian Hieber; Manfred Rosinski; Norbert Oelze
Original assignee: Stahl & Kaeltetechnik Veb
Current assignee: Stahl & Kaeltetechnik Veb
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1986-08-16
Publication date: 1987-03-12
Also published as: BE905395A; SE8603716L; SE8603716D0; DK426786A; FR2587097B3; DK426786D0; FR2587097A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Einrichtung mit elektrischem Wandler zur Veränderung der Betriebsspannung, wobei die thermoelektrische Einrichtung aus elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschalteten n- und p-leitenden Halbleitern und der Wandler im wesentlichen aus einem Transformator und einem Gleichrichterteil mit Glättungseinrichtung besteht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Thermoelektrische Einrichtungen wurden bekanntlich bisher für eine vorgegebene Betriebspannung z. B. für 6 V, 12 V oder 24 V ausgelegt, wobei durch die Betriebsspannung die Anzahl der Halbleiterelemente und durch die geforderte Kälteleistung deren Querschnitt bestimmt wird. Zur Anpassung an andere Betriebsspannungen werden sogenannte Netzteile vorgeschaltet (s. Prospekt bzw. Unterlagen der Firmen Butler Tropicool und Sunny-Cool). Bei den vorgenannten Einrichtungen besteht der Nachteil, daß begründet im Widerstand der Halbleiter bzw. konstanten Kälteleistung mit zunehmender Betriebsspannung die Anzahl der Halbleiter erhöht und deren Querschnitt verringert werden muß.

Hierdurch erhöht sich der Fertigungsaufwand beträchtlich. Weiterhin sinken die mechanische Festigkeit sowie die elektrische Zuverlässigkeit der Halbleiter und damit die Lebensdauer der Gesamteinrichtung. Dies führt zu steigendem Reparaturaufwand.

Weiterhin verringert sich, bedingt durch die kristalline Struktur des Halbleitermaterials die Homogenität der Halbleiter. Hierdurch sowie durch die notwendige Erhöhung der Kontaktstellen erhöht sich der spezifische Energieverbrauch der Anordnung wesentlich.

Schließlich besteht ein erheblicher Nachteil der thermoelektrischen Einrichtung mit Wandler darin, daß eine Umstellung der Betriebsspannung des thermoelektrischen Teiles nicht möglich ist, sondern eine speziell für die neue Spannung ausgelegte thermoelektrische Einrichtung sowie ein anderer Wandler nötig sind.

Ziel der Erfindung ist es, thermoelektrische Einrichtung nach Peltier mit elektrischem Wandler zu schaffen, welche es möglich macht, den Fertigungsaufwand, den Energieverbrauch und den Reparaturaufwand zu senken sowie den Anwendungsbereich ohne zusätzlichen Aufwand zu erweitern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bekannten thermoelektrischen Einrichtungen nach Peltier mit elektrischem Wandler zur Veränderung der Betriebsspannung derart zu verändern, daß die thermoelektrischen Einrichtungen ohne zusätzlichen Aufwand oder technischen Veränderungen für verschiedene Betriebsspannungen angewendet werden können. Es sollen bei gleichbleibender Kälteleistung und zunehmender Betriebsspannung die mechanische Festigkeit der Halbleiter, die elektrische Zuverlässigkeit und die Homogenität der Halbleiter verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bauelemente des in bekannter Weise aufgebauten elektrotechnischen Wandlers für eine konstante, jedoch gegenüber der nach der Spannung der thermoelektrischen Einrichtung sich ergebenden Stromstärke wesentlich höheren Stromstärke, vorzugsweise um eine 2 bis 10-fach höheren Stromstärke ausgelegt sind und der Querschnitt der Halbleiter der thermoelektrischen Einrichtung durch die Stromstärke des Wandlers und die Anzahl der Halbleiter durch die geforderte Kälteleistung bestimmt ist.

Die erfindungsgemäße Auslegung des Wandlers führt trotz variabler Eingangsspannung bei konstanter Kälteleistung wie bei den bisher bekannten Lösungen zur Verringerung der Anzahl und zur Erhöhung des Querschnittes der Halbleiter. Diese Wirkung führt zu den wesentlichen ökonomischen Vorteilen der Erfindung, in dem der Fertigungsaufwand für die Herstellung und Montage der Halbleiter sowie der gesamte Materialeinsatz für Halbleiter, Verbindungselemente und Halterungen verringert werden.

Weiterhin werden durch die Minderung der Anzahl der Kontaktstellen bei möglicher Vergrößerung der Kontaktstellen sowie durch die bessere Homogenität der Halbleiter die elektrische und mechanische Zuverlässigkeit erheblich gesteigert, so daß eine Erhöhung der Lebensdauer, bisweilen eine Senkung des Reparaturaufwandes erreicht wird.

Aus den gleichen Gründen steigen der thermische und elektrische Wirkungsgrad derart, daß der Energieverbrauch bei gleichbleibender Kälteleistung trotz der zusätzlichen Verluste des Wandlers erheblich sinkt.

Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung besteht schließlich darin, daß ein Anschluß der erfindungsgemäßen Einrichtung an unterschiedlichen Spannungen z. B. 6 V, 12 V oder 24 V ohne jegliche Veränderung möglich ist.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung an einem Beispiel für eine Kühltasche mit 18 l Inhalt zum Anschluß an KFZ-Batterien dargelegt werden.

Der in bekannter Weise aufgebaute Kältesatz, bestehend aus Wärmetauschern auf der jeweils warmen bisweilen kalten Seite der Peltierbatterie wird erfindungsgemäß mit 2 Batterien bestehend aus einer Anordnung von je 15 Elementen bestückt.

Das Gesamtvolumen der Halbleitermenge beträgt 2,3 cm³. Als elektrotechnischer Wandler wird ein konventionell aufgebauter Drosselwandler mit Referenzspannungsquelle, Steuer- und Leistungsstufe verwendet, welcher innerhalb eines Eingangsspannungsbereiches von 6 bis 30 Volt einen Strom von etwa 8 A bei ca. 3 V bereitstellt.

Mit dieser Anordnung wird bei einem Leistungsbedarf von ca. 36 W eine Temperaturabsenkung von 20 ± 2 K erreicht. Die Vorteile werden durch den Vergleich mit einer herkömmlichen für die gleiche Kälteleistung ausgelegte Kühlbox deutlich.

Je nach Eingangsspannung von 6, 12 oder 24 V werden verschiedene Kältesätze mit einem Leistungsbedarf von 36 W bei 24 V gefertigt. Die drei verschiedenen Kältesätze bestehen aus Halbleiterbatterien mit insgesamt 72 Elementen für den 6 V-Kältesatz 140 Elemente bei dem 12 V-Kältesatz 210 Elemente für den 24 V-Kältesatz.

Das Volumen der eingesetzten Halbleitermenge beträgt 5,52 cm³ bei 6 V 17,9 cm³ bei 12 V und 26,8 cm³ bei 24 V. Die erreichte Temperaturabsenkung ist bei allen drei Varianten 20± 2 K. Auf den offensichtlich höheren Aufwand und die geringer werdende Zuverlässigkeit bei zunehmender Betriebsspannung wird noch einmal hingewiesen.

Claims

Thermoelektrische Einrichtung mit elektrischem Wandler zur Veränderung der Spannung, wobei die thermoelektrische Einrichtung aus elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschalteten n- und p-leitenden Halbleitern und der Wandler im wesentlichen aus einem Transformator und einer Gleichrichterbrücke mit Glättungseinrichtung besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Bauelemente des in bekannter Weise aufgebauten elektrischen Wandlers für eine konstante, jedoch gegenüber der nach der Spannung der thermoelektrischen Einrichtung sich ergebenden Stromstärke wesentlich höheren Stromstärke, vorzugsweise um eine 2 bis 10-fache höheren Stromstärke ausgelegt sind und der Querschnitt der Halbleiter der thermoplastischen Einrichtung durch die Stromstärke des Wandlers und die Anzahl der Halbleiter durch die geforderte Kälteleistung bestimmt ist.