DE4142843A1 - Tragbares kuehlbehaeltnis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein tragbares Kühlbehältnis der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind Kühlanlagen mit thermoelektrischen Wärmepumpen (Peltier-Elemente) bekannt, bei denen die Kühlung al­ lerdings nur durch ständige elektrische Energiezufuhr möglich ist. Aus der DE-A-35 28 731 ist insbesondere eine thermoelektrische Kühlanlage bekannt, bei der ver­ hindert wird, daß sich bei Unterbrechung der Stromver­ sorgung der Kühlraum in kurzer Zeit wieder erwärmt. Das wird dadurch erreicht, daß ein Wärmeventil mit der thermoelektrischen Wärmepumpe so gekoppelt wird, daß eine Umkehrung des Wärmestroms verhindert wird. Um den Kältebedarf auch bei Stromunterbrechungen zu sichern, ist ein Kältespeicher vorgesehen, der mit dem Kühlraum der Kühlanlage in thermischer Verbindung steht.

Bei der oben beschriebenen Kühlanlage besteht jedoch der Nachteil, daß wesentliche Teile des Kühlsystems und des Kältespeichers im eigentlichen Kühlraum angeordnet sind. Dadurch wird das Verhältnis: "nutzbares Kühlraum­ volumen zu Gesamtvolumen" so ungünstig, daß das Kühl­ system für viele Anwendungsfälle, insbesondere wenn es auf gute Transportfähigkeit ankommt, nicht geeignet ist.

Ausgehend von den Mängeln des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühlbehältnis der eingangs genannten Gattung zu entwickeln, das ein verbessertes Verhältnis von nutzbarem Kühlraumvolumen zu seinem Gesamtvolumen aufweist und dessen Kältesystem sich durch eine hohe Kompaktheit auszeichnet. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, das Kühlraumvolumen so auszubilden, daß es auch bei passivem Kältesystem er­ höhten Kühlanforderungen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Hinblick auf eine Vergrößerung des nutzbaren Kühlraum­ volumens dann besondere Vorteile erreichbar sind, wenn die die Kälteleistung erbringenden Aggregate des Kühl­ behältnisses aus dem Kühlraumvolumen heraus so in Be­ reiche der Umhüllungskonstruktion verlagert werden, daß diese einerseits nicht wesentlich vergrößert werden muß, andererseits aber auch nicht wertvoller Nutzkühl­ raum durch sperrige Gebilde unnötig verstellt wird.

Erfindungsgemäß sind deshalb alle Aggregate, die zur Erzeugung und Speicherung der Kälte und zum Transport und Abgeben der Abwärme erforderlich sind, in oder an der Wandung angeordnet, die das Kühlraumvolumen begrenzt. Zu diesen Bauelementen gehören die mit mindestens einem Peltierelement ausgerüstete, thermoelektrische Wärmepumpe, das Speichersystem, mindestens ein bzw. zwei Kältemittelkreisläufe, die Wandisolierung und der Luftwärmetauscher mit Ventilator.

Die thermoelektrische Wärmepumpe befindet sich erfin­ dungsgemäß innerhalb der in der Wandung enthaltenen Isolierschicht. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die warme Seite der thermoelektrischen Wärmepumpe mit dem Verdampfer eines ersten schwerkraftbetriebenen Kältemittelkreislaufs und die kalte Seite mit dem Speichersystem thermisch gekoppelt. Über den Kondensator des ersten Kreislaufs, der als Luftwärmetauscher ausgebildet ist, wird die von der thermoelektrischen Wärmepumpe aus dem Kühlraum geförderte Wärme an die Umgebung abgegeben. Die Wärmeabgabe kann auf vorteilhafte Weise durch ein Lüfteraggregat verbessert werden, das mit dem Luftwärmetauscher gekoppelt ist.

Die Kältemittelkreisläufe sind vorteilhafterweise schwerkraftbetrieben und übernehmen den Transport der aus dem Kühlraum abzuführenden Wärme zur thermoelektrische Wärmepumpe und von dort an die Umgebung. Die gewählte Anordnung der Kreisläufe ermöglicht eine äußerst kompakte Ausbildung des Kältesystems, wodurch eine Ausdehnung des Wandvolumens in vertretbaren Grenzen gehalten werden kann.

Das Speichersystem dient dazu, bei fehlender Energiezufuhr die im Kühlraum erforderliche Temperatur über einen längeren Zeitraum zu sichern. Es befindet sich auf der Kaltseite der in der Wandung enthaltenen Isolierung und ist in seinen Außenmaßen an die Abmessungen des Innenquerschnitts des Unterteils angepaßt.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist dieser Speicher im wesentlichen quaderförmig und erstreckt sich über die gesamte Querschnittsfläche des Unterteils. In einer entsprechenden Weiterbildung wei­ sen Unterteil und Deckel eine zylinderförmige Form auf.

Die Verbindung des Speichersystems mit der Wärmepumpe erfolgt über eine metallische Platte oder über einen zweiten Kältemittelkreislauf, dessen Kondensator an die kalte Seite der Wärmepumpe thermisch gekoppelt ist und dessen Verdampfer innerhalb des Speichers liegt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Speichersystem als Latentkältespeicher aufgebaut und stellt bei Verwendung von Wasser als Latentspei­ chermaterial einen sogenannten Eislatentspeicher dar.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Teil des Latentspeichers, der jenseits der metallischen Platte liegt, lösbar angeordnet. Dieses ablösbare Bauelement kann eine Anzahl von Unterteilungen geeigneter Form und Größe besitzen, in denen Eiswürfel bereitet werden können.

Der auf der Innenseite der Wandung angeordnete Latent­ kältespeicher bringt weiterhin den wesentlichen Vorteil mit sich, daß bei fehlender elektrischer Energiezufuhr (insbesondere bei Solarbetrieb) die erforderliche Tem­ peratur im Kühlraumvolumen über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, ohne daß die sonst übli­ chen wartungsintensiven - und das Gewicht sowie das Vo­ lumen erheblich vergrößernden - Batteriepakete verwen­ det werden müssen. Dadurch wird insbesondere auch die Handhabbarkeit derartiger Kühlbehältnisse verbessert.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zusätzliche Vorteile im Hinblick auf die Leistungsfä­ higkeit des tragbaren Kühlbehältnisses erzielbar, wenn das Unterteil auf der Innenseite mit einer metallischen Auskleidung versehen ist, die in thermischen Kontakt mit dem Kältespeicher steht. Auf diese Weise läßt sich eine annähernd homogene Temperaturverteilung im Kühlraum erreichen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist die Stromzuführung zur thermoelektrischen Wärmepumpe einen Schalter auf, der als Kontakt-, Neigungs- oder Temperaturschalter ausgeführt sein kann. Auf diese Art und Weise soll eine Überhitzung der Wärmepumpe vermie­ den werden, die sonst bei zu starker Neigung des 1. Kältemittelkreislaufs und dem damit verbundenen Leer­ laufen des Verdampfers nicht ausgeschlossen werden könnte.

Die zum Betrieb des Kältesystems erforderliche Elektro­ energie kann z. B. durch ein Solarpanel erzeugt werden. Dieses Solarpanel kann faltbar ausgebildet sein oder kann aus mehreren Einzelelementen bestehen. Im Falle der quaderförmigen Ausgestaltungsform des Kühlbehält­ nisses kann es an dessen Außenmaße angepaßt und deshalb in zusammengefalteten Zustand auf einfache Weise vor­ teilhaft an diesem befestigt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausfüh­ rung der Erfindung anhand der Figuren näher darge­ stellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem nur ein Käl­ temittelkreislauf vorhanden ist und bei dem der Latent­ speicher direkt über eine metallische Platte mit den Wärmepumpen verbunden ist.

Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel, allerdings mit zwei Kälte­ mittelkreisläufen.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch Deckel 2 und Un­ terteil 20 des Kühlgefäßes 1. Die Wandung enthält alle Bauelemente des Kühlsystems. Sie ist durch die Isolie­ rung 21 in den warmseitigen und den kaltseitigen Bereich unterteilt. Im warmen Bereich befinden sich im wesentlichen der 1. Kältemittelkreislauf mit seinem Rohrsystem 9 und seinem Kondensator, der als Luftwärmetauscher 10 mit Oberflächenvergrößernden Lamellen 11 und wärmeübergangfördernden Ventilator 12 ausgeführt ist. Die thermoelektrische Wärmepumpe 5, der warmseitige Verdampfer 8 und der direkt anschließende Teil des Rohrsystems 9 (das hier zum Zwecke möglichst geringer Wärmeleitung aus Chrom-Nickel-Stahl besteht) ist in die Isolierung 21 eingebettet. Jenseits der Isolierung 21, thermisch gekoppelt an die Kaltseite der Wärmepumpe 5, befindet sich der Latentkälte­ speicher 15, der in dieser Ausführung aus der metalli­ schen Kälteplatte 16, einem Gehäuse und dem darin eingeschlossenen Speichermaterial 17 besteht. Der Latentkältespeicher paßt sich dabei an den Querschnitt des Kühlraums 23 an, in den er geringfügig hinein­ reicht. Ein weiterer Bestandteil des Unterteils ist in dieser Ausführung die metallische Auskleidung 22, die an den Speicher 15 thermisch gekoppelt ist.

Für den Fall, daß die thermoelektrische Wärmepumpe stromlos ist, besitzt der schwerkraftbetriebene Kälte­ mittelkreislauf die Funktion thermischer Ventile. Sie verhindern gemäß der in Fig. 1 dargestellten Anordnung einen Wärmerückstrom in den Kühlraum 23 dadurch, daß sich im passiven Zustand der Wärmepumpe 5 die gesamte Kältemittelmenge in dem Verdampfer 8 sammelt und somit kein Dampfstrom von außen nach innen möglich ist.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, die gegenüber Fig. 1 folgende Unterschiede aufweist: Neben dem warmseitigen Kreislauf gibt es auch einen auf der Kaltseite. Dabei ist der Latentspeicher als Verdampfer 18 dieses Kreis­ laufs ausgeführt und die Kaltseite der Wärmepumpe ist mit einem Kondensator 13 verbunden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungs­ beispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denk­ bar, welche von der obigen Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (19)

1. Tragbares Kühlbehältnis, vorzugsweise mit Solarenergie oder über ein KfZ-Bordnetz betreibbar, welches aus isoliertem Deckel- und- Unterteil besteht und das mit einer thermoelektrischen Wärmepumpe ausgerüstet ist, die warmseitig in jedem Fall, kaltseitig optional, einen schwerkraftbetriebenen Kältemittelkreislauf be­ sitzt und die auf der Kaltseite mit einem thermischen Speichersystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß alle zur Kälteerzeugung erforderlichen Komponenten (5, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15) vollständig in der Wandung des Unterteils 20 integriert sind und
daß sich das Speichersystem (15) - jenseits einer Iso­ lierschicht (21) - an der Innenseite der Wandung befin­ det, mit seinen Abmessungen an den Querschnitt des Unterteils (20) angepaßt ist und in dieses geringfügig hineinragt.

2. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel (2), Unterteil (20) und Speicher (15) im wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind.

3. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel (2), Unterteil (20) im wesentlichen zylindrisch ausge­ bildet sind.

4. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Auskleidung (22) des Kühlraums (23) thermisch an dem Kältespeicher (15) gekoppelt ist.

5. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Speichersystem (15) Teilstücke abnehmbar ausgebildet sind.

6. Tragbares Kühlbehältnis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speichersystem (15) als Latentspeicher ausgebildet ist.

7. Tragbares Kühlbehältnis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speichersystem (15) Wasser als Speichermaterial (17) enthält.

8. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelektrische Wärmepumpe (5) innerhalb der Isolier­ schicht (21) angeordnet ist.

9. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelektrische Wärmepumpe (5) an der Kaltseite der Isolierschicht (21) angeordnet ist.

10. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere thermoelektrische Wärmepumpen (5) thermisch parallel geschaltet sind.

11. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die warme Seite (7) der thermoelektrische Wärmepumpe (5) an den Verdampfer (8) eines ersten Kältemittelkreislaufs - und die kalte Seite (6) an den Kondensator (13) eines zweiten Kreislaufs thermisch gekoppelt ist.

12. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (18) des zweiten Kältemittelkreislaufs in­ nerhalb des Speichersystems (15) angeordnet ist.

13. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichersystem (15) aus dem Verdampfer (18) des zweiten Kältemittelkreislaufs und aus einem oder mehreren daran fest oder lösbar angeordneten Behälter(n) (19) besteht.

14. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichersystem (15) aus einer an die kalte Seite (6) der Wärmepumpe (5) gekoppelten metallischen Platte (16) und aus einem oder mehreren daran fest oder lösbar angeordneten Behälter(n) (19) besteht.

15. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die lösbar angeordneten Behälter zur Erzeugung von Eiswürfeln oder als Kühlakkus ausgelegt sind.

16. Tragbares Kühlbehältnis nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich im passiven Zustand der thermoelektrischen Wärmepumpe das Kältemittel der Kältemittelkreisläufe zur Erzielung eines thermischen Diodeneffekts im wesentlichen in den Verdampfern der entsprechenden Kältemittelkreisläufe befindet.

17. Tragbares Kühlbehältnis nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kondensator des ersten Kältemittelkreislaufs mit einem Ventilator gekoppelt ist.

18. Tragbares Kühlbehältnis nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest Teile der Kälte­ mittelkreisläufe zur Reduzierung der Wärmeleitung aus Chrom-Nickel-Stahl bestehen.

19. Tragbares Kühlbehältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Stromkreis der thermoelektrischen Wärmepumpe ein Schal­ ter (24) befindet, der durch eine vorgebbare Min­ destbewegung, Neigung oder Temperatur ausgelöst wird.