DE4036210A1

DE4036210A1 - Temperiervorrichtung

Info

Publication number: DE4036210A1
Application number: DE19904036210
Authority: DE
Inventors: Walter Packi
Original assignee: BARTEL UWE
Current assignee: BARTEL UWE
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1992-05-21
Also published as: DE9015589U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung, insbesondere eine Kühlvorrichtung, vorzugsweise zum Kühlen von Flüssigkeiten, mit einer Temperierquelle.

Derzeit im Handel verfügbare Kühlvorrichtungen arbeiten nach dem Verdampferprinzip, dem Kompressorverfahren oder auch dem Peltiereffekt. Dabei steht das Kälteaggregat mit einem im Kühlraum eingebauten Kühlkörper in Verbindung. Der Wärmetransport von dem im Kühlraum befindlichen Kühlgut zur Wärmesenke erfolgt über Konvektion, d. h. zunächst muß der Luft im Kühlraum die Wärme entzogen werden, wodurch sich dann anschließend das Kühlgut abkühlt. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Wärmeentzug nur sehr langsam stattfindet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Temperiervorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mittels der insbesondere Flüssigkeiten möglichst verlustfrei und zeitsparend gekühlt bzw. erhitzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die Temperierquelle unmittelbar mit dem, eine Strömungsführung für die zu temperierende Flüssigkeit aufweisenden, Temperaturaustauschkörper verbunden ist. Durch den unmittelbaren Kontakt der zu temperierenden Flüssigkeit mit dem Temperaturaustauschkörper können Flüssigkeiten wesentlich schneller und ohne Verlust ihrer spezifischen Eigenschaften effizient gekühlt bzw. erwärmt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Temperierquelle wenigstens ein vorzugsweise mehrere Peltierelemente vorgesehen sind, die auf wenigstens einer Seite des Temperaturaustauschkörpers angeordnet sind. Im Verhältnis zur physischen Größe sind Peltierelemente auf Halbleiterbasis außerordentlich effizient, d. h. das gesamte Aggregat hat im Vergleich zu herkömmlichen Kühlschränken und dergleichen ein geringes Bauvolumen. Außerdem ist der Betrieb solcher Peltierelemente an Niederspannung-Gleichstromnetzen möglich, so daß gut auch ein mobiler Betrieb durchführbar ist.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Wärmetransportrichtung bei Peltierelementen durch Umpolung der Stromzufuhr umkehrbar ist, so daß eine damit ausgerüstete Temperiervorrichtung sowohl zur Erwärmung als auch zum Kühlen von Flüssigkeiten verwendbar ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Temperiervorrichtung als Durchlauf-Kühlvorrichtung ausgebildet ist, wobei der Temperaturaustauschkörper als Kühlkörper dient.

Diese Durchlauf-Kühlvorrichtung kann insbesondere zum Kühlen von Getränken unterwegs im Auto, im Campingbereich, jedoch auch im Küchen- und Gastronomiebereich eingesetzt werden.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten an Hand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Durchlauf-Kühl- bzw. Heizvorrichtung in auseinandergezogener Darstellung.

Eine in Fig. 1 gezeigte Temperiervorrichtung (1) weist ein Gehäuse (2) mit einem oberen Einfüllbehälter (3), einer hier nicht sichtbaren im Inneren befindlichen Durchlauf-Kühl- bzw. Erwärmvorrichtung sowie am unteren Ende einen Auffangbehälter (4) auf. Strichliniiert ist angedeutet, daß der Einfüllbehälter (3) in eine Aussparung (5) des Gehäuses (2) umklappbar ist. Ebenso kann der Auffangbehälter (4) in eine weitere Aussparung (6) hochgeklappt werden, so daß sich insgesamt eine kompakte Bauform des Gerätes für den Transport ergibt. Für die Benutzung lassen sich die Teile schnell ausklappen und stehen dann entsprechend zur Verfügung. An den Seiten des Gehäuses (2) sind einziehbare Ständer (8) angebracht. An der Ober- und Unterseite des Gehäuses (2) befinden sich Kühlschlitze (9). An der Frontseite sind in einem mittleren Teil die Bedien- und Steuerelemente (7) untergebracht.

Fig. 2 zeigt den wesentlichen Aufbau einer Durchlauf-Temperiervorrichtung (10), wobei zentral ein Temperaturaustauschkörper (13) erkennbar ist. An dessen Ober- und Unterseite (nicht sichtbar) ist ein Einfüllstutzen (14) angebracht. Der Einfüllstutzen mündet in die zick-zack-förmig verlaufende Aussparung (15), die den Durchlauf für das Kühlgut darstellt. Auf der rechten Seite des Temperaturaustauschkörpers (13) ist nach einer Dichtung (12) eine, für Reinigungszwecke abnehmbare, Deckplatte (11) angebracht. Auf der linken Seite ist der Temperaturaustauschkörper fest mit der Abdeckplatte (16) verbunden. Zwischen dem Kühler (18) und der Abdeckplatte (16) sind die Peltierelemente (17) temperaturleitend montiert.

Der besondere Nutzen der Vorrichtung besteht in folgenden Eigenschaften:

a) In Verhältnis zur physischen Größe sind Peltierelemente auf Halbleiterbasis außerordentlich effizient. D.h. das gesamte Aggregat hat im Vergleich zu herkömmlichen Kühlschränken ein geringes Bauvolumen.
b) Der Betrieb der Elemente erfolgt zweckmäßigerweise mit 12-V-Gleichstrom, so daß ein Betreiben durch ein Kfz-Bordnetz möglich ist. Es handelt sich also um ein kleines Gerät, welches nicht ortsfest montiert werden muß.
c) Der Wärmeentzug aus der zu kühlenden Flüssigkeit durch direkten physischen Kontakt mit den Peltierelementen reduziert den Zeitbedarf auf ein theoretisches Minimum.
d) Durch einfache Umpolung des elektrischen Anschlusses kann die durchlaufende Flüssigkeit ebenso erwärmt werden. Ein Umbau der Vorrichtung ist nicht erforderlich. Eine Temperaturbegrenzung nach oben ist nur durch die technischen Eigenschaften der Peltierelemente gegeben, und wird durch einen Erhitzungsschutzschalter gewährleistet.

Konstruktion

Die Richtung des Wärmetransportes bei Peltierelementen hängt von der Polung ab. Auf der einen Seite befindet sich der Temperaturaustauschkörper, auf der anderen Seite eine Vorrichtung zum Abtransport der Abwärme bzw. der Zuführung von Wärme beim Betrieb als Durchlauferhitzer.

Die Peltierelemente werden zwischen zwei Platten montiert (Abdeckplatte (16)), wobei in der Skizze die wärmeseitige Abdeckplatte durch den Rippenkühlkörper (18) selbst ersetzt ist. Diese Platten besitzen folgende Eigenschaften:

1) Gute mechanische Festigkeit.
2) maximale Wärmeleitfähigkeit.
3) Ausreichende Parallelität.
4) Korrosionsfestigkeit.
5) Lebensmittelverträglichkeit.

Auf die Abdeckplatte (16) wird eine Temperaturaustauschkörper (13) montiert (verklebt), in welchen den Durchlaufkanal (15) für die zu kühlende/wärmende Flüssigkeit ausgespart ist. Der Durchlaufkanal (15) ist so optimiert, daß:

a) eine möglichst große Benetzungsfläche entsteht,
b) ein Neigungswinkel von 3°-5° eingehalten wird, um erstens einen Betrieb in Schräglage zu ermöglichen, und zweitens der Durchlauf aufgrund der Schwerkraft erfolgt.
c) die mechanische Stabilität nicht gefährdet wird.
d) die Geschwindigkeit des Durchlaufes hoch genug ist, um von außerhalb des Durchlaufkanals mittels eines variablen Absperrhahnes reguliert werden zu können.

Um den Durchlaufkanal nötigenfalls reinigen zu können, wird auf den Temperaturaustauschkörper eine abnehmbare Deckplatte (11) mit Dichtung (12) montiert.

Die Gegenseite der Peltierelemente besteht in zwei Variationen:

1. Auf die Peltierelemente (17) wird unmittelbar und in wärmeleitendem Kontakt vorzugsweise ein Rippenkühlkörper angebracht, der von einem Lüftungsventilator direkt angeblasen wird.
2. Da die Kühlleistung unmittelbar angebrachter Rippenkühlkörper u. U. nicht ausreichend ist, kann es notwendig werden, einen Kühlkörper größerer Dimension als auf der Fläche der Abdeckplatte Platz findet, einzurichten. In diesem Fall wird ein Flüssigkeitskühlkörper verwendet, der extern an beliebiger Stelle montiert werden kann, und beliebig durch einen angebauten Ventilator, durch Fahrtwind bei Einbau im PKW, oder durch darüberfließendes Wasser gekühlt werden kann. Da in diesem Fall Kühlflüssigkeit umgewälzt werden muß, kann konstruktiv hier der gleiche Temperaturaustauschkörper (13) mit Dichtung (12) und abnehmbarer Deckplatte (11) Verwendung finden, mit dem Unterschied, daß im Durchlaufkanal Kühlflüssigkeit über eine Umwälzpumpe bewegt wird. Um eine Überhitzung der Peltierelemente (17) zu vermeiden, werden auf der Abdeckplatte (16) bzw. dem Kühlkörper (18) Thermoschalter angebracht, die den Stromkreis für die Elemente unterbrechen, bis wieder Arbeitstemperatur erreicht ist.

Gehäuse (Fig. 1)

Das Gehäuse wird aus bruchfestem Kunststoff so ausgelegt, daß bei Nichtbetrieb eine rechteckige Form entsteht. Bei Betrieb wird das obere Frontteil, welches als Behälter (3) für die zu kühlende Flüssigkeit ausgebildet ist, nach oben geklappt und arretiert. Das unter Frontteil (4) wird nach unten weggeklappt und arretiert und kann als Standfläche für einen Auffangbehälter dienen, bzw. in eine kreisförmige Aussparung kann ein passender Becher etc. eingestellt werden. Im mittleren Frontteil werden die Bedienelemente (7) angebracht. Für die hängende Montage an einer Wand sind an der Rückseite Bohrlöcher vorgesehen. Für den freistehenden Betrieb sind an den Seitenteilen schräg nach unten laufende, ausziehbare Ständer (8) angebracht.

Das gesamte Peltieraggregat wird im Gehäuse stehend montiert, so daß ein Durchlauf mittels der Schwerkraft erfolgt. Der Einlauf ist mit einem Schlauchstück mit dem als Einfüllbehälter (3) ausgebildeten oberen Frontteil verbunden. Zum Schutz vor Verstopfung ist ein Sieb eingebaut. Um die Auslauftemperatur beliebig einstellen zu können, ist im unteren Teil der Abdeckplatte (16) an geeigneter Stelle ein Temperaturfühler angebracht. Die jeweilige Temperatur wird über die Bedienelemente (7) angezeigt. Die Regulation der Temperatur erfolgt über die Durchlaufgeschwindigkeit. Die Durchlaufgeschwindigkeit kann je nach Ausführung per Hand am Auslaufhahn reguliert werden, oder über ein elektrisch steuerbares Auslaufventil und eine zugehörige Elektronik über eine frei wählbare Temperatureinstellung voreingestellt werden. Um eine Vereisung zu verhindern, schaltet der Temperaturfühler bei 0°C die Stromzufuhr zu den Peltierelementen ab. Bei Betrieb als Durchlauferhitzer wird eine obere Temperatur von 100°C voreingestellt. Diese Einstellung, kann über ein Regelglied variiert werden, um unterschiedlichen Siedepunkten Rechnung zu tragen.

Im rückwärtigen Teil des Gehäuses befindet sich der Lüfterventilator bzw. je nach Ausführung die Umwälzpumpe für einen externen Flüssigkeitskühler.

In der Ober- und Unterseite des Gehäuses sind entsprechende Kühlschlitze (9) eingearbeitet.

Claims

1. Temperiervorrichtung, insbesondere Kühlvorrichtung, vorzugsweise zum Kühlen von Flüssigkeiten mit einer Temperierquelle ((17), dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierquelle (17) unmittelbar mit dem, mit einer Strömungsführung (15) für die zu temperierende Flüssigkeit versehenen, Temperaturaustauschkörper (13) verbunden ist.

2. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Temperaturaustauschkörper (13) aus einer Platte besteht, in der als Strömungsführung (15) nutförmige oder vorzugsweise schlitzförmige, insbesondere zick-zack-förmig angeordnete Aussparungen vorgesehen sind und daß gegebenenfalls beidseitig der Platte Dicht- (12) und Abdeckplatten (16) vorgesehen sind.

3. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperierquelle wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Peltierelemente (17) vorgesehen sind, die auf wenigstens einer Seite des Temperaturaustauschkörpers (13) angeordnet sind.

4. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Durchlauf-Kühlvorrichtung ausgebildet ist und daß der Temperaturaustauschkörper (13) als Kühlkörper (18) dient.

5. Temperiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Peltierelemente (17) auf ihrer, dem Kühlkörper (13) abgewandten Seite, mit einem Kühler (18), vorzugsweise einem gebläsegekühltem Rippenkühlkörper, gegebenenfalls mit einem Flüssigkeitskühlkörper, versehen sind.

6. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse ((2) mit einem oberen Einfüllbehälter (3), im Inneren mit der Durchlauf-Kühlvorrichtung und am unteren Ende mit einem Auffangbehälter (4) ausgebildet ist.

7. Temperiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Aussparungen (5) (6) zum Einklappen des Einfüll- (3) und des Auffangbehälters (4) in eine Transportstellung aufweist.