EP2390601A1 - Verfahren zur Steuerung und Regelung der Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox sowie Steuer-und Regelvorrichtung hierfür - Google Patents

Verfahren zur Steuerung und Regelung der Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox sowie Steuer-und Regelvorrichtung hierfür Download PDF

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EP2390601A1
EP2390601A1 EP10005519A EP10005519A EP2390601A1 EP 2390601 A1 EP2390601 A1 EP 2390601A1 EP 10005519 A EP10005519 A EP 10005519A EP 10005519 A EP10005519 A EP 10005519A EP 2390601 A1 EP2390601 A1 EP 2390601A1
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EP
European Patent Office
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peltier element
voltage
temperature
internal temperature
power supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10005519A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Zorn
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Dometic Sweden AB
Original Assignee
Ezetil Ezorn & Co Vertriebs KG GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ezetil Ezorn & Co Vertriebs KG GmbH filed Critical Ezetil Ezorn & Co Vertriebs KG GmbH
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Priority to CN2011101401890A priority patent/CN102261777A/zh
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
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    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/12—Sensors measuring the inside temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D2700/00—Means for sensing or measuring; Sensors therefor
    • F25D2700/14—Sensors measuring the temperature outside the refrigerator or freezer

Definitions

  • the present invention relates in a first aspect to a method for controlling and regulating the power supply of a Peltier element of a cooling box according to the preamble of claim 1.
  • the invention in a second aspect, relates to a control and regulating device for the power supply of a Peltier element of a cooling box according to the preamble of claim 8.
  • an interior of the cooler with the Peltier element is at least temporarily cooled. It is applied to supply energy of the Peltier element an AC voltage to an electrical input of the cooler, the AC voltage is converted into a DC voltage and the Peltier element is supplied with the DC voltage.
  • an internal temperature in the interior of the cool box is determined.
  • Methods are also known in which a DC voltage is applied to an electrical input of the cooling box for supplying energy to the Peltier element.
  • the applied DC voltage can be converted, for example, by means of a transformer to a desired amount of voltage.
  • a generic control and regulating device for the power supply of a Peltier element of a cooler has an electrical input to which an AC voltage can be applied.
  • a first connection for connection to an internal temperature sensor of the cooling box and an evaluation unit for determining an internal temperature by means of the internal temperature sensor are provided.
  • Other generic control and regulating devices are designed for connecting DC voltages. These DC voltages can then be converted, for example, by means of a transformer to a desired amount of voltage.
  • control and regulating devices are known which have additional means for determining the applied voltage and influence the further transformation of the applied voltage on the basis of the decision of this additional means.
  • Such a method and such a control and regulating device are made DE 295 03 576 U1 known.
  • a temperature sensor and a control and regulating device are provided in a cool box to maintain an approximately constant temperature inside the cooler.
  • JP 2007-139328 A a cooling container with an internal thermometer, a Peltier element and a control device is known.
  • the control device switches off a cooling process when the internal temperature drops below a predefinable minimum temperature.
  • the Peltier element is operated in two operating modes, namely on the one hand supplied with a certain energy and on the other hand switched off.
  • the disadvantage here is the one caused by the frequent switching operations energy consumption.
  • a temperature equalization quickly takes place between the heated side and the cool side of the Peltier element Peltier element instead. This also increases the energy required to maintain a low temperature in the interior of the cooler.
  • Compressor refrigerators which regulate their cooling capacity depending on the internal temperature in the refrigerator, are in DE 601 29 231 T2 .
  • a disadvantage of known control and regulating devices as well as known methods is that to achieve a predetermined temperature in a cool box unnecessarily much energy for the energy supply of the cool box is applied.
  • an object of the invention can be considered to provide a method which cools the interior of a cooler as energy efficient as possible with a Peltier element.
  • a control and regulating device is to be created, which keeps the energy consumption of a Peltier element of a cool box as low as possible.
  • an ambient temperature outside of the cool box is determined and depending on the determined internal temperature and the determined ambient temperature, the energy supply of the Peltier element is adjusted.
  • the adjustment of the power can be done in different ways.
  • the current intensity or the voltage can be varied.
  • the DC voltage supplied to the Peltier element can also be a pulsed DC voltage or a varying DC voltage. In this case, the frequency or the maximum amplitude of the changed DC voltage can also be varied.
  • an icebox within the scope of the invention may also be considered an insulated casing with one or more compartments intended for refrigeration or freezing of food or storage of chilled or frozen food for non-commercial purposes and cooled by one or more energy consuming processes including equipment sold as kits for assembly by the user.
  • this reduces the total energy or power required for sufficient cooling of the interior.
  • the required cooling capacity is dependent on the difference between the ambient temperature, that is the temperature outside the cool box, and a temperature to be reached in the interior of the cool box. With knowledge of the ambient temperature, the energy taken from the external power supply and accordingly also converted energy can be so dimensioned that it is sufficient to reach a given internal temperature, but does not exceed the predetermined internal temperature.
  • the energy taken and converted from the external power supply would have to be at a level at which the extracted and converted energy is sufficient to maintain the interior of the cooler box at the highest allowable outside temperature using the Peltier element means highest possible operating temperature, sufficient to cool.
  • the maximum necessary energy would still be converted without regulation based on the ambient temperature.
  • this is not necessary for cooling, so that either the interior of the cooler is cooled more than necessary, or converted too much Energy disposed of in any way or consumed, for example, must be dissipated via a resistor.
  • the power taken from an external power supply and thus converted can be reduced if the ambient temperature is lower than the maximum permissible ambient temperature for which the cooling box can still reach a predetermined internal temperature.
  • This may be a predetermined period of time to achieve the desired internal temperature to be considered, since it depends on the desired temperature in the interior of the cooler, on the cooling performance of the Peltier element, how fast a predetermined internal temperature can be achieved.
  • it can also be realized that at the beginning of the cooling phase the maximum possible energy is rectified or converted and thus rapid cooling of the interior can take place. If the interior is at the desired temperature, the converted energy or power can be adjusted, so that only as much energy is converted as is necessary for maintaining the desired temperature within the cooler.
  • the energy efficiency of the cooling of the cooler is improved.
  • the converted energy can be reduced to such an extent that the active cooling substantially compensates losses of the cooling box. In addition, this ensures that a predetermined internal temperature is not exceeded.
  • the amount of the DC voltage is adjusted depending on the ambient temperature and / or the internal temperature and / or the current intensity of the power supply of the Peltier element can be adjusted depending on the internal temperature and / or the outside temperature.
  • this not only reduces the power applied to cooling power, but also the total energy consumption of the cooler, which in addition to the applied cooling power dissipation in the conversion of AC voltage to DC voltage and other power losses must be considered.
  • the adaptation of the power supply of the Peltier element in particular the amount of the DC voltage and / or the current intensity, are performed as a continuous function of the ambient temperature and / or the internal temperature.
  • a continuous function can be understood as meaning both a strictly mathematically continuous function and a function which has a constant or only very slight change in pitch.
  • the adaptation of the energy supply of the Peltier element can not be achieved simply by a simple function On and off the power supply of the Peltier element can be realized. If the power supply of the Peltier element is not adjusted by switching the power supply on and off and the energy supply is adjusted in terms of its performance, the energy expenditure generated during switching operations is avoided and the energy efficiency thereby increased.
  • a continuous function may be an at least partially linear or approximately linear function.
  • the function can be linear in an interval of the ambient temperature, for example from 16 ° C. to 32 ° C., in particular run with a substantially constant gradient, and approach a specific value for lower ambient temperatures. As the ambient temperature decreases, the converted energy is linearly reduced to a minimum limit.
  • the energy supply of the Peltier element does not fall below a predefinable minimum energy supply, in particular the amount of the DC voltage does not fall below a predeterminable minimum voltage and / or the current intensity of the energy supply does not fall below a predeterminable minimum current intensity. Additionally or alternatively, it can also be provided that the energy supply of the Peltier element does not exceed a predefinable maximum energy supply. In this case, in particular, the amount of the DC voltage can not exceed a predefinable maximum voltage and / or the current intensity can not exceed a predefinable maximum current intensity. This ensures that the cooling box for cooling does not exceed a defined maximum energy consumption.
  • the current intensity of the energy supply of the Peltier element is reduced to the extent that no or substantially no further temperature reduction takes place in the interior. This ensures that the interior is not cooled further. This is particularly relevant because there are guidelines on how cold interior spaces of coolers may be cooled to comply with certain legal requirements.
  • Peltier element If a Peltier element is supplied with energy, in particular electricity, then one side of the Peltier element is cooled, whereas the thermal energy is shifted to the other side. This page is therefore warmed up.
  • the Peltier element can therefore generally be referred to as a heat pump.
  • the cooling performance or energy efficiency depends on the differences between the hot and cold side. The lower these are, the more energy-efficient the cooling can be carried out by means of a Peltier element. Therefore, on the warm side of the Peltier element often a device for surface enlargement, such as cooling fins, attached. These serve to better release the heat energy to the environment.
  • an air flow is generated with a fan on the warm side of the Peltier element, which serves to better dissipate the thermal energy.
  • cooled air can be distributed by the Peltier element with a second fan in the interior of the cool box.
  • the energy supply of the fan is preferably dependent on the determined internal temperature and / or the determined ambient temperature adjusted.
  • the energy available to the fan is not constant, but may be increased when more cooling is needed on the warm side of the Peltier element, or if more agitation is desired within the cooler. Cooling the Peltier element only with a low power, so the fan can be supplied with less energy. This increases energy efficiency.
  • a fan If a fan is supplied with less energy, it turns at a lower frequency, which means that the actual fan wheel rotates at less revolutions per minute. This changes the amount of air circulated by the fan per unit of time. It is also possible to use a fan each for discharging heated air on the outside and for distributing cooled air in the interior space.
  • a second connection is provided for connection to an ambient temperature sensor of the cooling box.
  • the evaluation unit for determining an ambient temperature by means of the ambient temperature sensor is set up and there are means for adjusting the power supply of the Peltier element depending on the determined internal temperature and the determined ambient temperature available.
  • this adjusts the energy taken from an external energy source to the energy required for cooling.
  • the energy actually required is absorbed and consumed.
  • the power supply in particular a rectification of an externally applied AC voltage, can be adapted such that not too much or too much energy is provided and converted in order to reach a certain internal temperature.
  • the means for adjusting the power supply comprise means for adjusting the amount of DC voltage depending on the determined ambient temperature and / or the determined internal temperature.
  • the means for adjusting the power supply may comprise means for adjusting the current intensity of the power supply of the Peltier element depending on the determined outside temperature and / or the determined inside temperature.
  • the means for adjusting the power supply are adapted to adjust the power supply of the Peltier element, in particular the amount of DC voltage and / or the current, as a continuous function of the ambient temperature and / or the internal temperature.
  • the means for adjusting the energy supply can be set up, in particular, to carry out the adaptation via an at least partially linear function. Compared to sudden changes in the adaptation, as they would for example be present if the power supply is temporarily completely interrupted, can be set for any indoor and / or ambient temperature, a specific power supply. But it is also possible to adjust the energy supply gradually. For example, it is conceivable to adjust the magnitude of the rectified voltage gradually, depending on the outside temperature.
  • Another embodiment of the invention provides that the means for adjusting the power supply are set up so that the energy supply of the Peltier element does not fall below a predefinable minimum energy supply, in particular that the amount of DC voltage a predetermined minimum voltage and / or the current does not have a predetermined minimum current below.
  • a temperature difference is maintained between the warm and the cool side of the Peltier element. This prevents that between the warm and the cool side of the Peltier element, a temperature compensation takes place, which would be accomplished if the Peltier element is no longer with energy is supplied.
  • the overall energy requirement is reduced because no unwanted heating of the interior of the cooler by the temperature compensation of the Peltier element takes place.
  • the means for adjusting the power supply can be set up so that the energy supply of the Peltier element does not exceed a predefinable maximum energy supply, in particular that the amount of the DC voltage does not exceed a predefinable maximum voltage and / or the current strength does not exceed a predefinable maximum current intensity.
  • the means for adjusting the power supply are arranged so that when the determined internal temperature has reached a predeterminable minimum temperature, the energy supply of the Peltier element, in particular the current intensity of the power supply of the Peltier element, is so far reduced in that no or substantially no further temperature reduction takes place in the interior. It is thus prevented that a cooling that is stronger than necessary, is performed and thereby increases the energy consumption.
  • the minimum temperature can be set via buttons or a control wheel, preferably with a display for displaying the set minimum temperature. Likewise, keys or a control wheel for setting a maximum temperature, which should always be below in the interior, be provided.
  • an electric fan outlet for connecting at least one fan for discharging heated air to an outside of the cooler and / or for distributing cooled air in the interior of the cooler is provided, and the means for adjusting the power supply are adapted to Adjust the power supply of the fan depending on the determined internal temperature and / or the determined ambient temperature. This allows the fan to rotate at a higher rotational frequency when the power supply is increased.
  • a control and regulating device can be used together with a cooling box.
  • This cooler should then additionally have an interior for receiving objects and a Peltier element for cooling the interior.
  • the cool box may include an indoor temperature sensor and an ambient temperature sensor.
  • the Peltier element, the inside temperature sensor and the ambient temperature sensor are connected to the control device.
  • Such a cool box is characterized by its particularly energy-efficient operation.
  • a fan for removing heated air may be arranged on an outer side of the cooling box and / or for distributing cooled air in the interior. It can also be provided depending on a fan for the above functions.
  • a control and regulating device can only adapt the energy supply of the Peltier element depending on a determined internal temperature.
  • an AC voltage of an external power source is converted into a DC voltage whose amount depends on the detected internal temperature.
  • the DC voltage is adjusted to a fixed value of, for example, approximately 12.5 volts. If the specified target internal temperature is reached, the AC voltage is adjusted to a lower DC voltage, thereby reducing energy consumption.
  • the adaptation of the DC voltage can be effected as a function of the temperature difference by which the desired internal temperature is undershot from the actual internal temperature.
  • the DC voltage should always be greater than a predefinable minimum voltage, for example greater than 6.5 volts. If necessary, a fan can be supplied with energy in addition to the Peltier element with the DC voltage.
  • Fig. 1 shows a control and regulating device 10 according to the invention for the power supply of a Peltier element 6 of a cool box. Also shown are an AC voltage 7 supplied to an electrical input of the control and regulation device 10 from an external power supply, as well as an ambient temperature sensor 3, an internal temperature sensor 4 and a fan 5 attached to the cooling box.
  • control and regulating device 10 determines a temperature in an interior of the cooler, which typically serves to receive food. With the ambient temperature sensor 3, the control and regulating device 10 detects a temperature outside the cool box.
  • the control and regulating device 10 includes a rectifier, which converts the AC voltage 7 of the external power supply of, for example, 230 V into a DC voltage or substantially rectified voltage. Depending on the determined inside and outside temperature, the voltage is determined, which is generated by the control and regulating device 10, in particular its rectifier, from the applied AC voltage 7. In this case, in particular, the amount of the rectified voltage is varied. In Fig. 1 this is illustrated by the means 1 and 2 for adjusting the power supply.
  • the means 1, 2 on a rectifier device the AC voltage 7 is supplied to an external power source.
  • An evaluation unit which may be part of the rectifier device, determines an ambient temperature with the ambient temperature sensor 3.
  • the rectifier device converts the AC voltage 7 into a DC voltage, wherein it adjusts the amount of DC voltage depending on the determined ambient temperature.
  • this ensures that in each case only a specific DC voltage is converted by the rectifier device with a certain amount. If, on the basis of the ambient temperature, it is ascertained that only a certain energy level is required for cooling the interior space, then a rectified voltage is produced by the rectifier device generated with a smaller amount.
  • a DC voltage of 6.5 V can be set at a determined ambient temperature of 16 ° C., a DC voltage of 9.5 V at 25 ° C. and a DC voltage of 12.5 V at 32 ° C.
  • the means 1, 2 for adjusting the power supply also have in the illustrated embodiment, a Peltier element control device for adjusting the current intensity of the power supply of the Peltier element 6.
  • the Peltier element controller may also adjust the current and / or voltage for the fan 5. These adjustments are made as a function of an internal temperature, which is determined by an evaluation unit together with the internal temperature sensor 4.
  • the Peltier element control device always supplies the Peltier element 6 with a power which is greater than a predefinable minimum power.
  • the means 1, 2 for adjusting the power supply the Peltier element 6 continuously supplied with energy that is, at least with the predetermined minimum power, is advantageously achieved that no temperature compensation between the warm part and the cold part of the Peltier element can occur because the Peltier element is continuously supplied with energy and thus works as a heat pump.
  • the means 1, 2 for adjusting the power supply can be provided on a printed circuit board or separately on a plurality, in particular two printed circuit boards.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox, bei dem ein Innenraum der Kühlbox mit dem Peltier-Element zumindest temporär gekühlt wird, bei dem zur Energieversorgung des Peltier-Elements eine Wechselspannung an einem elektrischen Eingang der Kühlbox angelegt wird, bei dem die Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird, bei dem das Peltier-Element mit der Gleichspannung versorgt wird, und bei dem eine Innentemperatur im Innenraum der Kühlbox ermittelt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Umgebungstemperatur außerhalb der Kühlbox ermittelt wird, und dass abhängig von der ermittelten Innentemperatur und der ermittelten Umgebungstemperatur die Energieversorgung des Peltier-Elements angepasst wird. Zudem betrifft die Erfindung eine Steuer- und Regelvorrichtung für die Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Steuer- und Regelvorrichtung für die Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
  • Bei gattungsgemäßen Verfahren wird ein Innenraum der Kühlbox mit dem Peltier-Element zumindest temporär gekühlt. Es wird zur Energieversorgung des Peltier-Elements eine Wechselspannung an einem elektrischen Eingang der Kühlbox angelegt, die Wechselspannung wird in eine Gleichspannung umgewandelt und das Peltier-Element wird mit der Gleichspannung versorgt. Zudem wird eine Innentemperatur im Innenraum der Kühlbox ermittelt. Es sind ebenfalls Verfahren bekannt, bei denen zur Energieversorgung des Peltier-Elementes eine Gleichspannung an einen elektrischen Eingang der Kühlbox angelegt wird. Die angelegte Gleichspannung kann beispielsweise mittels eines Transformators auf einen gewünschten Spannungsbetrag umgewandelt werden. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen zuerst anhand der am elektrischen Eingang anliegenden Spannung entschieden wird, ob es sich um Wechselspannung oder um Gleichspannung handelt und anschließend die Spannung abhängig von der Entscheidung weiter umgewandelt wird.
  • Eine gattungsgemäße Steuer- und Regelvorrichtung für die Energieversorgung eines Peltier-Elements einer Kühlbox weist einen elektrischen Eingang auf, an dem eine Wechselspannung anlegbar ist. Zudem sind eine Einrichtung zum Umwandeln der Wechselspannung in eine Gleichspannung und ein elektrischer Ausgang zum Versorgen des Peltier-Elements mit der Gleichspannung vorhanden. Weiterhin sind ein erster Anschluss zum Verbinden mit einem Innentemperatursensor der Kühlbox sowie eine Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Innentemperatur mittels des Innentemperatursensors vorgesehen. Andere gattungsgemäße Steuer- und Regelvorrichtungen sind zum Anschluss von Gleichspannungen ausgelegt. Diese Gleichspannungen können dann beispielsweise mittels eines Transformators auf einen gewünschten Spannungsbetrag umgewandelt werden. Ebenso sind Steuer- und Regelvorrichtungen bekannt, die zusätzliche Mittel zur Bestimmung der angelegten Spannung haben und anhand der Entscheidung dieser zusätzlichen Mittel die weitere Umformung der angelegten Spannung beeinflussen.
  • Ein derartiges Verfahren und eine derartige Steuer- und Regelvorrichtung sind aus DE 295 03 576 U1 bekannt. Hierbei sind in einer Kühlbox ein Temperaturfühler und eine Regel- und Steuereinrichtung vorgesehen, um im Inneren der Kühlbox eine in etwa konstante Temperatur aufrechtzuerhalten.
  • Nachteilig an solchen bekannten Steuer- und Regelvorrichtungen ist, dass mittels eines Gleichrichters aus der extern anliegenden Wechselspannung dauerhaft eine konstante Gleichspannung erzeugt wird. Ist bei Erreichen einer vorgegebenen Innentemperatur keine weitere Kühlung gewünscht beziehungsweise notwendig, so wird weiterhin dieselbe Gleichspannung erzeugt, obwohl sie nicht mehr benötigt wird. Bei der Umwandlung wird dann weiterhin Energie, die sogenannte Verlustleistung, dissipiert.
  • Auch aus JP 2007-139328 A ist ein Kühlungsbehälter mit einem Innenthermometer, einem Peltier-Element und einer Regeleinrichtung bekannt. Hierbei schaltet die Regeleinrichtung einen Kühlvorgang ab, wenn die Innentemperatur unter eine vorgebbare Minimaltemperatur sinkt.
  • Bei solchen Verfahren wird das Peltier-Element in zwei Betriebsmodi betrieben, nämlich einerseits mit einer bestimmten Energie versorgt und andererseits abgeschaltet. Nachteilig hierbei ist zum einen der durch die häufigen Schaltvorgänge bedingte Energieverbrauch. Zum anderen findet bei abgeschaltetem Peltier-Element schnell ein Temperaturausgleich zwischen der erwärmten Seite und der kühlen Seite des Peltier-Elements statt. Auch hierdurch steigt der zur Aufrechterhaltung einer niedrigen Temperatur im Innenraum der Kühlbox benötigte Energiebedarf.
  • Kompressorkühlschränke, die ihre Kühlleistung abhängig von der Innentemperatur im Kühlschrank regeln, sind in DE 601 29 231 T2 , DE 10 2008 042 785 A1 und DE 10 2008 041 014 A1 beschrieben.
  • Nachteilig an bekannten Steuer- und Regelvorrichtungen sowie bekannten Verfahren ist, dass zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur in einer Kühlbox unnötig viel Energie für die Energieversorgung der Kühlbox aufgebracht wird.
  • Zudem sehen neuere Richtlinien eine Obergrenze des Energieverbrauchs bezüglich eines bestimmten Temperaturintervalls für die Innentemperatur vor.
  • Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, ein Verfahren anzugeben, welches den Innenraum einer Kühlbox möglichst energieeffizient mit einem Peltier-Element kühlt. Außerdem soll eine Steuer- und Regelvorrichtung geschaffen werden, die den Energiebedarf eines Peltier-Elements einer Kühlbox möglichst gering hält.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Steuer- und Regelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuer- und Regelvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Figur, beschrieben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Umgebungstemperatur außerhalb der Kühlbox ermittelt und abhängig von der ermittelten Innentemperatur und der ermittelten Umgebungstemperatur wird die Energieversorgung des Peltier-Elements angepasst.
  • Im Sinne der Erfindung kann unter Anpassung der Energieversorgung des Peltier-Elements verstanden werden, dass die einer externen Energieversorgung entnommene Energie variiert wird. Es ist also nicht nur möglich, die Leistung, welche dem Peltier-Element zugeführt wird, zu variieren, sondern auch die Leistung, welche von der externen Energieversorgung aufgenommen wird und für das Peltier-Element umgewandelt wird. Hierbei kann das Anpassen der Leistung auf verschiedene Arten erfolgen. Beispielsweise kann die Stromstärke oder die Spannung variiert werden. Je nach verwendetem Peltier-Element kann es sich bei der Gleichspannung, welche dem Peltier-Element zugeführt wird, auch um eine gepulste Gleichspannung oder um eine sich variierende Gleichspannung handeln. In diesem Fall kann die Frequenz oder die maximale Amplitude der sich veränderten Gleichspannung ebenfalls variiert werden.
  • Als eine Kühlbox kann im Rahmen der Erfindung auch ein isoliertes Gehäuse mit einem oder mehreren Fächern angesehen werden, das für das Kühlen oder Einfrieren von Lebensmitteln oder die Lagerung von gekühlten oder gefrorenen Lebensmitteln zu nicht gewerblichen Zwecken bestimmt ist und durch ein oder mehrere energieverbrauchende Verfahren gekühlt wird, einschließlich Geräte, die als Bausätze zum Zusammenbau durch den Nutzer verkauft werden..
  • Vorteilhafterweise wird hierdurch die insgesamt benötigte Energie beziehungsweise Leistung zur ausreichenden Kühlung des Innenraums reduziert. Die erforderliche Kühlleistung ist abhängig von der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur, das heißt der Temperatur außerhalb der Kühlbox, und einer zu erreichenden Temperatur im Innenraum der Kühlbox. Bei Kenntnis der Umgebungstemperatur kann die von der externen Energieversorgung abgenommene und dementsprechend auch umgewandelte Energie derart bemessen werden, dass sie zum Erreichen einer vorgegebenen Innentemperatur ausreicht, jedoch die vorgegebene Innentemperatur nicht übersteigt.
  • Ohne Kenntnis der Umgebungstemperatur hingegen müsste sich grundsätzlich die von der externen Energieversorgung abgenommene und umgewandelte Energie auf einem Niveau befinden, bei dem die entnommene und umgewandelte Energie ausreichend ist, um den Innenraum der Kühlbox mit Hilfe des Peltier-Elements bei der höchst zulässigen Außentemperatur, das heißt höchst möglichen Betriebstemperatur, ausreichend zu kühlen. Bei einer Umgebungstemperatur, welche niedriger ist als die maximal zulässige Umgebungstemperatur, würde ohne eine Regelung anhand der Umgebungstemperatur dennoch die maximal notwendige Energie umgewandelt. Diese ist allerdings zur Kühlung nicht notwendig, so dass entweder der Innenraum der Kühlbox stärker abgekühlt wird als notwendig, oder die zuviel umgewandelte Energie auf eine beliebige Weise entsorgt beziehungsweise verbraucht, beispielsweise über einen Widerstand dissipiert werden muss.
  • Durch Ermitteln der Umgebungstemperatur kann also die einer externen Energieversorgung entnommene und demnach umgewandelte Leistung dann reduziert werden, wenn die Umgebungstemperatur kleiner als die maximale zulässige Umgebungstemperatur ist, für die die Kühlbox eine vorgegebene Innentemperatur noch erreichen kann. Hierbei ist eventuell eine vorgebbare Zeitspanne zum Erreichen der gewünschten Innentemperatur zu berücksichtigen, da es, abhängig von der gewünschten Temperatur im Inneren der Kühlbox, von der Kühlleistung des Peltier-Elements abhängig ist, wie schnell eine vorgebbare Innentemperatur erreicht werden kann. In diesem Zusammenhang kann auch realisiert sein, dass zu Beginn der Kühlphase die maximal mögliche Energie gleichgerichtet bzw. umgewandelt wird und somit eine schnelle Abkühlung des Innenraums erfolgen kann. Ist der Innenraum auf der gewünschten Temperatur, kann die umgewandelte Energie bzw. Leistung angepasst werden, so dass nur noch so viel Energie umgewandelt wird wie für die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur innerhalb der Kühlbox notwendig ist.
  • Durch Kenntnis der Innentemperatur kann eine unnötige Kühlung vermieden werden. Vorteilhafterweise wird somit die Energieeffizienz der Kühlung der Kühlbox verbessert. Bei Erreichen einer vorgebbaren Innentemperatur kann die umgewandelte Energie soweit reduziert werden, dass die aktive Kühlung im Wesentlichen Verluste der Kühlbox ausgleicht. Zudem wird dadurch erreicht, dass eine vorgegebene Innentemperatur nicht unterschritten wird.
  • Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betrag der Gleichspannung abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder der Innentemperatur angepasst und/oder die Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements kann abhängig von der Innentemperatur und/oder der Außentemperatur angepasst werden. Vorteilhafterweise wird hierdurch nicht lediglich die zur Kühlung aufgebrachte Leistung reduziert werden, sondern auch die gesamte Energieaufnahme der Kühlbox, wobei zusätzlich zu der zur Kühlung aufgebrachten Leistung die Verlustleistung bei der Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung und andere Verlustleistungen zu berücksichtigen sind.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, den Betrag der Gleichspannung abhängig von der Innentemperatur und die Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements abhängig von der Außentemperatur anzupassen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform werden das Anpassen der Energieversorgung des Peltier-Elements, insbesondere der Betrag der Gleichspannung und/oder die Stromstärke, als stetige Funktion der Umgebungstemperatur und/oder der Innentemperatur ausgeführt. Im Sinne der Erfindung kann unter einer stetigen Funktion sowohl eine streng mathematisch stetige Funktion wie auch eine Funktion verstanden werden, die einen konstanten oder sich nur sehr gering ändernden Steigungsverlauf aufweist.. Insbesondere kann das Anpassen der Energieversorgung des Peltier-Elements nicht nur durch ein einfaches An- und Ausschalten der Energieversorgung des Peltier-Elements realisiert werden. Wird auf ein Anpassen der Energieversorgung des Peltier-Elements durch ein Zu- und Abschalten der Energieversorgung verzichtet und die Energieversortung in ihrer Leistung jeweils angepasst, wird so der bei Schaltvorgängen erzeugte Energieaufwand vermieden und die Energieeffizienz damit gesteigert.
  • Da typischerweise zwischen der kühlen und der warmen Seite des Peltier-Elements eine hohe Wärmeleitfähigkeit besteht, kann durch die Anpassung der Energieversorgung als stetige Funktion vorteilhafterweise erreicht werden, dass sich die kühle Seite des Peltier-Elements durch die warme Seite nicht erwärmt. Dies ist der Fall, wenn die Energieversorgung des Peltier-Elements abgeschaltet wird. Dann tendiert das Peltier-Element dazu, einen Temperaturausgleich zwischen der kühlen und der warmen Seite durchzuführen, wodurch die kühle Seite, welche sich innerhalb des Innenraums befindet, erwärmt wird. Hierdurch wird unvorteilhaft ebenfalls der Innenraum erwärmt. Bei einer stetigen Funktion kann es sich um eine zumindest teilweise lineare oder näherungsweise lineare Funktion handeln. Dabei kann die Funktion in einem Intervall der Umgebungstemperatur, beispielsweise von 16° C bis 32° C, linear sein, insbesondere mit einer im Wesentlichen konstanten Steigung verlaufen, und für niedrigere Umgebungstemperaturen sich einem bestimmten Wert annähern. Bei sinkender Umgebungstemperatur wird so die umgewandelte Energie linear bis zu einem minimalen Grenzwert gesenkt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform unterschreitet die Energieversorgung des Peltier-Elements eine vorgebbare Mindestenergieversorgung nicht, insbesondere unterschreitet der Betrag der Gleichspannung eine vorgebbare Mindestspannung und/oder die Stromstärke der Energieversorgung eine vorgebbare Mindeststromstärke nicht. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Energieversorgung des Peltier-Elements eine vorgebbare Maximalenergieversorgung nicht überschreitet. Hierbei kann insbesondere der Betrag der Gleichspannung eine vorgebbare Maximalspannung und/oder die Stromstärke eine vorgebbare Maximalstromstärke nicht überschreiten. Hierdurch wird erreicht, dass die Kühlbox zum Kühlen einen definierten maximalen Energieverbrauch nicht übersteigt.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer einstellbaren Minimaltemperatur im Innenraum die Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements soweit reduziert wird, dass keine oder im Wesentlichen keine weitere Temperaturreduzierung im Innenraum erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass der Innenraum nicht weiter abgekühlt wird. Dies ist insbesondere relevant, da es Vorgaben gibt, wie kalt Innenräume von Kühlboxen abgekühlt werden dürfen, um bestimmten gesetzliche Bestimmungen zu entsprechen.
  • Wird ein Peltier-Element mit Energie, insbesondere Strom, versorgt, so wird eine Seite des Peltier-Elements gekühlt, wogegen die thermische Energie auf die andere Seite verlagert wird. Diese Seite wird daher erwärmt. Das Peltier-Element kann also allgemein auch als Wärmepumpe bezeichnet werden. Die Kühlleistung bzw. Energieeffizienz hängt von den Unterschieden zwischen der warmen und kalten Seite ab. Je geringer diese sind, umso energieeffizienter kann die Kühlung mittels eines Peltier-Elements durchgeführt werden. Daher wird auf der warmen Abseite des Peltier-Elements oft eine Einrichtung zur Oberflächenvergrößerung, beispielsweise Kühlrippen, angebracht. Diese dienen dazu, die Wärmeenergie besser an die Umgebung abzugeben.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird mit einem Lüfter an der warmen Seite des Peltier-Elements ein Luftstrom erzeugt, der zu einem besseren Abführen der thermischen Energie dient. Alternativ oder zusätzlich kann von dem Peltier-Element gekühlte Luft mit einem zweiten Lüfter im Innenraum der Kühlbox verteilt werden. Hierbei wird bevorzugt die Energieversorgung des Lüfters abhängig von der ermittelten Innentemperatur und/oder der ermittelten Umgebungstemperatur angepasst. Somit ist die dem Lüfter zur Verfügung stehende Energie nicht konstant, sondern kann dann erhöht werden, wenn eine stärkere Kühlung an der warmen Seite des Peltier-Elements notwendig ist oder wenn eine stärkere Umwälzung innerhalb der Kühlbox gewünscht wird. Kühlt das Peltier-Element nur mit einer geringen Leistung, so kann auch der Lüfter mit weniger Energie versorgt werden. Somit wird die Energieeffizienz gesteigert. Wird ein Lüfter mit weniger Energie versorgt, dreht er sich mit einer geringeren Frequenz, das bedeutet, das eigentliche Lüfterrad dreht sich mit weniger Umdrehungen pro Minute. Hierdurch verändert sich die vom Lüfter umgewälzte Luftmenge pro Zeiteinheit. Es kann auch jeweils ein Lüfter zum Abführen erwärmter Luft an der Außenseite und zum Verteilen gekühlter Luft im Innenraum verwendet werden.
  • Bei der Steuer- und Regelvorrichtung der oben genannten Art ist erfindungsgemäß ein zweiter Anschluss zum Verbinden mit einem Umgebungstemperatursensor der Kühlbox vorhanden. Zudem ist die Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur mittels des Umgebungstemperatursensors eingerichtet und es sind Mittel zum Anpassen der Energieversorgung des Peltier-Elements abhängig von der ermittelten Innentemperatur und der ermittelten Umgebungstemperatur vorhanden.
  • Vorteilhafterweise wird hierdurch die einer externen Energiequelle entnommene Energie an die zur Kühlung benötigte Energie angepasst. Es wird somit nur die tatsächlich notwendige Energie aufgenommen und verbraucht.
  • Abhängig von der Energie, mit der das Peltier-Element versorgt wird, wird eine maximal mögliche Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren der Kühlbox und der Umgebung erreicht. Je nach Umgebungstemperatur ist deshalb eine unterschiedlich hohe Energieversorgung zum Erreichen einer bestimmten Innentemperatur notwendig. Indem die Umgebungstemperatur ermittelt wird, kann vorteilhafterweise die Energieversorgung insbesondere eine Gleichrichtung einer extern anliegenden Wechselspannung, derart angepasst werden, dass nicht zu wenig oder zu viel Energie bereitgestellt und umgewandelt wird, um eine bestimmte Innentemperatur zu erreichen.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung eine Einrichtung zum Anpassen des Betrags der Gleichspannung abhängig von der ermittelten Umgebungstemperatur und/oder der ermittelten Innentemperatur auf. Zudem oder alternativ dazu können die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung eine Einrichtung zum Anpassen der Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements abhängig von der ermittelten Außentemperatur und/oder der ermittelten Innentemperatur aufweisen. Durch das Anpassen des Betrags der umgewandelten Gleichspannung und/oder der Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements kann durch einfache Art erreicht werden, dass die von der Kühlbox, insbesondere dem Peltier-Element, benötigte und verbrauchte Energie reduziert wird. Insbesondere durch das Anpassen der umgewandelten Gleichspannung können Umwandlungsverluste vermieden werden, welche auftreten, wenn ein zu hoher Spannungspegel in der umgewandelten Gleichspannung vorhanden ist.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung sind die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet, die Energieversorgung des Peltier-Elements, insbesondere den Betrag der Gleichspannung und/oder die Stromstärke, als stetige Funktion der Umgebungstemperatur und/oder der Innentemperatur anzupassen. Dabei können die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung insbesondere dazu eingerichtet sein, die Anpassung über eine zumindest teilweise lineare Funktion durchzuführen. Gegenüber sprunghaften Änderungen in der Anpassung, wie sie beispielsweise vorliegen würden, wenn die Energieversorgung zeitweilig komplett unterbrochen wird, kann so für jede beliebige Innen- und/oder Umgebungstemperatur eine bestimmte Energieversorgung festgelegt werden. Es ist aber auch möglich, die Energieversorgung schrittweise anzupassen. Es ist beispielsweise denkbar, abhängig von der Außentemperatur den Betrag der gleichgerichteten Spannung stufenweise anzupassen.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet sind, dass die Energieversorgung des Peltier-Elements eine vorgebbare Mindestenergieversorgung nicht unterschreitet, insbesondere dass der Betrag der Gleichspannung eine vorgebbare Mindestspannung und/oder die Stromstärke eine vorgebbare Mindeststromstärke nicht unterschreitet. Hierdurch wird zwischen der warmen und der kühlen Seite des Peltier-Elements eine Temperaturdifferenz aufrechterhalten. Somit wird verhindert, dass zwischen der warmen und der kühlen Seite des Peltier-Elements ein Temperaturausgleich stattfindet, der dann vollzogen würde, wenn das Peltier-Element nicht mehr mit Energie versorgt wird. Dadurch wird im Gesamten der Energiebedarf reduziert da kein ungewolltes Erwärmen des Innenraumes der Kühlbox durch den Temperaturausgleich des Peltier-Elements stattfindet. Ferner kann bei abrupten Temperaturänderungen in der Kühlbox, wie bei einer Erwärmung des Innenraums durch Öffnen des Deckels der Kühlbox, schneller eine stärkere Kühlung des Innenraums gestartet werden, da das Peltier-Element nicht komplett ausgeschaltet ist, sondern sich in einem Minimalbetrieb befindet und so leichter und schneller wieder in den Kühlbetrieb gelangen kann. Zusätzlich oder alternativ hierzu können die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet sein, dass die Energieversorgung des Peltier-Elements eine vorgebbare Maximalenergieversorgung nicht überschreitet, insbesondere dass der Betrag der Gleichspannung eine vorgebbare Maximalspannung und/oder die Stromstärke eine vorgebbare Maximalstromstärke nicht überschreitet. Durch ein derartiges Mittel wird erreicht, dass eine Kühlbox mit der Steuer- und Regelvorrichtung einen maximal vorgebbaren Energieverbrauch nicht übersteigt. Dies kann notwendig sein, um gesetzliche Bestimmungen zu erfüllen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet, dass, wenn die ermittelte Innentemperatur eine vorgebbare Minimaltemperatur erreicht hat, die Energieversorgung des Peltier-Elements, insbesondere die Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements, so weit reduziert wird, dass keine oder im Wesentlichen keine weitere Temperaturreduzierung im Innenraum erfolgt. Es wird somit verhindert, dass eine Kühlung, die stärker als notwendig ist, durchgeführt wird und sich dadurch der Energieverbrauch erhöht. Die Minimaltemperatur kann über Tasten oder ein Steuerungsrad eingestellt werden, wobei vorzugsweise eine Anzeige zum Anzeigen der eingestellten Minimaltemperatur vorhanden ist. Ebenso können Tasten oder ein Steuerungsrad zum Einstellen einer Maximaltemperatur, die im Innenraum stets unterschritten werden soll, vorgesehen sein.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrischer Lüfterausgang zum Anschließen mindestens eines Lüfters zum Abführen erwärmter Luft an einer Außenseite der Kühlbox und/oder zum Verteilen gekühlter Luft im Innenraum der Kühlbox vorhanden, und die Mittel zum Anpassen der Energieversorgung sind dazu eingerichtet, die Energieversorgung des Lüfters abhängig von der ermittelten Innentemperatur und/oder der ermittelten Umgebungstemperatur anzupassen. Hierdurch kann der Lüfter dann mit einer höheren Umdrehungsfrequenz rotieren, wenn die Energieversorgung erhöht wird.
  • Eine erfindungsgemäße Steuer- und Regelvorrichtung kann zusammen mit einer Kühlbox verwendet werden. Diese Kühlbox sollte dann zusätzlich einen Innenraum zur Aufnahme von Objekten und ein Peltier-Element zum Kühlen des Innenraums aufweisen. Ferner kann die Kühlbox einen Innentemperatursensor und einen Umgebungstemperatursensor aufweisen. Das Peltier-Element, der Innentemperatursensor und der Umgebungstemperatursensor sind mit der Steuer- und Regelvorrichtung verbunden. Eine derartige Kühlbox zeichnet sich durch ihren besonders energieeffiziente Betrieb aus.
  • Ferner kann ein Lüfter zum Abführen erwärmter Luft an einer Außenseite der Kühlbox und/oder zum Verteilen gekühlter Luft im Innenraum angeordnet sein. Es kann auch je ein Lüfter für die genannten Funktionen vorgesehen sein.
  • Grundsätzlich kann im Sinne der Erfindung auch eine Steuer- und Regelvorrichtung die Energieversorgung des Peltier-Elements lediglich abhängig von einer ermittelten Innentemperatur anpassen. In diesem Fall wird eine Wechselspannung einer externen Energiequelle in eine Gleichspannung, deren Betrag von der ermittelten Innentemperatur abhängt, umgewandelt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass beim Überschreiten einer vorgebbaren Soll-Innentemperatur, beispielsweise von 8°C, die Gleichspannung auf einen festen Wert von zum Beispiel etwa 12,5 Volt angepasst wird. Wird die vorgegebene Soll-Innentemperatur erreicht, wird die Wechselspannung auf eine niedrigere Gleichspannung angepasst und dadurch der Energieverbrauch reduziert. Insbesondere kann die Anpassung der Gleichspannung abhängig von der Temperaturdifferenz erfolgen, um die die Soll-Innentemperatur von der Ist-Innentemperatur unterschritten wird. Dabei soll die Gleichspannung immer größer als eine vorgebbare Mindestspannung, zum Beispiel größer als 6,5 Volt, sein. Mit der Gleichspannung kann außer dem Peltier-Element gegebenenfalls auch ein Lüfter mit Energie versorgt werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Figur beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuer- und Regelvorrichtung für die Energieversorgung eines Peltier-Elements -einer Kühlbox.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Steuer- und Regelvorrichtung 10 für die Energieversorgung eines Peltier-Elements 6 einer Kühlbox. Dargestellt sind außerdem eine an einem elektrischen Eingang der Steuer- und Regelvorrichtung 10 von einer externen Energieversorgung zugeführte Wechselspannung 7, sowie ein Umgebungstemperatursensor 3, ein Innentemperatursensor 4 und ein an der Kühlbox angebrachter Lüfter 5.
  • Mit Hilfe des Innentemperatursensors 4 bestimmt die Steuer- und Regelvorrichtung 10 eine Temperatur in einem Innenraum der Kühlbox, welcher typischerweise der Aufnahme von Lebensmitteln dient. Mit dem Umgebungstemperatursensor 3 ermittelt die Steuer- und Regelvorrichtung 10 eine Temperatur außerhalb der Kühlbox.
  • Die Steuer- und Regelvorrichtung 10 beinhaltet einen Gleichrichter, welcher die Wechselspannung 7 der externen Energieversorgung von beispielsweise 230 V in eine Gleichspannung oder im Wesentlichen gleichgerichtete Spannung umwandelt. Abhängig von der ermittelten Innen- und Außentemperatur wird die Spannung bestimmt, die durch die Steuer- und Regelvorrichtung 10, insbesondere deren Gleichrichter, aus der anliegenden Wechselspannung 7 erzeugt wird. Hierbei wird insbesondere der Betrag der gleichgerichteten Spannung variiert. In Fig. 1 wird dies durch die Mittel 1 und 2 zum Anpassen der Energieversorgung verdeutlicht.
  • In der dargestellten Ausführung weisen die Mittel 1, 2 eine Gleichrichtereinrichtung auf. Dieser Gleichrichtereinrichtung wird die Wechselspannung 7 einer externen Energiequelle zugeführt. Eine Auswerteeinheit, die Teil der Gleichrichtereinrichtung sein kann, ermittelt mit dem Umgebungstemperatursensor 3 eine Umgebungstemperatur. Die Gleichrichtereinrichtung wandelt die Wechselspannung 7 in eine Gleichspannung um, wobei sie den Betrag der Gleichspannung abhängig von der ermittelten Umgebungstemperatur anpasst. Vorteilhafterweise wird hierdurch erreicht, dass jeweils durch die Gleichrichtereinrichtung jeweils nur eine bestimmte Gleichspannung mit einem bestimmten Betrag umgewandelt wird. Sofern anhand der Umgebungstemperatur festgestellt wird, dass zur Kühlung des Innenraums nur ein bestimmtes Energieniveau benötigt wird, so wird durch die Gleichrichtereinrichtung eine Gleichspannung mit einem geringeren Betrag erzeugt. Da, die Gleichrichtereinrichtung unabhängig von der Außentemperatur und der effektiv benötigten Leistung immer eine konstante Gleichspannung mit demselben Betrag erzeugen würde, würden dann unnötige Umwandlungsverluste entstehen, die durch das Absenken des Betrags der Gleichspannung bei weniger benötigter Leistung somit erfindungsgemäß nicht anfallen. Ein nicht benötigter Anteil der verfügbaren Leistung wird also nicht, oder nicht vollständig, dissipiert, so dass die Energieeffizienz der Kühlbox mit dem Peltier-Element 6 und dem Lüfter 5 verbessert wird.
  • Beispielsweise kann bei einer ermittelten Umgebungstemperatur von 16°C eine Gleichspannung von 6,5 V eingestellt werden, bei 25°C eine Gleichspannung von 9,5 V und bei 32°C eine Gleichspannung von 12,5 V.
  • Die Mittel 1, 2 zum Anpassen der Energieversorgung weisen bei der dargestellten Ausführung zudem eine Peltier-Element-Steuereinrichtung zum Anpassen der Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements 6 auf. Die Peltier-Element-Steuereinrichtung kann auch die Stromstärke und/oder die Spannung für den Lüfter 5 anpassen. Diese Anpassungen erfolgen abhängig von einer Innentemperatur, welche von einer Auswerteeinheit zusammen mit dem Innentemperatursensor 4 ermittelt wird.
  • Durch das Anpassen der Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements 6 kann erreicht werden, dass eine vorgebbare Minimaltemperatur für den Innenraum der Kühlbox nicht unterschritten wird, wodurch wiederum Energie gespart werden kann, da ein nicht notwendiges Kühlen vermieden wird.
  • Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Peltier-Element-Steuereinrichtung das Peltier-Element 6 stets mit einer Leistung, die größer als eine vorgebbare Mindestleistung ist, versorgt. In dem die Mittel 1, 2 zum Anpassen der Energieversorgung das Peltier-Element 6 durchgängig mit Energie versorgen, das heißt mindestens mit der vorgebbaren Mindestleistung, wird vorteilhafterweise erreicht, dass kein Temperaturausgleich zwischen dem warmen Teil und dem kalten Teil des Peltier-Elements eintreten kann, da das Peltier-Element durchgehend mit Energie versorgt wird und somit als Wärmepumpe arbeitet. Hierdurch wird im Gegensatz zu einem An- und Ausschalten der Energieversorgung bzw. des Peltier-Elements im Mittel weniger Energie verbraucht, da es zu keinem ungewollten Erwärmen des Innenraums der Kühlbox kommen kann, welcher durch die Wärmebrücke, welche durch das nicht betriebene Peltier-Element ausgebildet wird, erfolgt. Zudem werden die mit vollständigem An- und Ausschalten des Peltier-Elements verbundenen Verluste vermieden.
  • Die Mittel 1, 2 zum Anpassen der Energieversorgung können auf einer Leiterplatte oder getrennt auf mehreren, insbesondere zwei Leiterplatten vorgesehen sein.
  • Vorstehend wurden ein Verfahren und eine Steuer- und Regelvorrichtung beschrieben, mit denen die einer Kühlbox zur Kühlung zugeführte Energie angepasst werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Kühlung einer Kühlbox zu effektivieren, wodurch der gesamte Energieverbrauch reduziert wird. Dies wird maßgeblich durch eine Analyse der Umgebungstemperatur sowie der Innentemperatur und eine entsprechende Regelung der für die Kühlung benötigten Leistung erreicht.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Steuerung und Regelung der Energieversorgung eines Peltier-Elements (6) einer Kühlbox,
    bei dem ein Innenraum der Kühlbox mit dem Peltier-Element (6) zumindest temporär gekühlt wird,
    bei dem zur Energieversorgung des Peltier-Elements (6) eine Spannung (7), insbesondere eine Wechselspannung, an einem elektrischen Eingang der Kühlbox angelegt wird,
    bei dem die Spannung (7) in eine Gleichspannung umgewandelt wird,
    bei dem das Peltier-Element (6) mit der Gleichspannung versorgt wird, und bei dem eine Innentemperatur im Innenraum der Kühlbox ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Umgebungstemperatur außerhalb der Kühlbox ermittelt wird, und dass abhängig von der ermittelten Innentemperatur und der ermittelten Umgebungstemperatur die Energieversorgung des Peltier-Elements (6) angepasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Betrag der Gleichspannung abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder der Innentemperatur angepasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements (6) abhängig von der Außentemperatur und/oder der Innentemperatur angepasst wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anpassung der Energieversorgung des Peltier-Elements (6), insbesondere der Betrag der Gleichspannung und/oder die Stromstärke, als stetige Funktion der Umgebungs- und/oder der Innentemperatur ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Energieversorgung des Peltier-Elements (6) eine vorgebbare Maximalenergieversorgung nicht überschreitet, insbesondere dass der Betrag der Gleichspannung eine vorgebbare Maximalspannung und/oder die Stromstärke eine vorgebbare Maximalstromstärke nicht überschreitet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Erreichen einer einstellbaren Minimaltemperatur im Innenraum die Stromstärke des Peltier-Elements (6) soweit reduziert wird, dass keine oder im Wesentlichen keine weitere Temperaturreduzierung im Innenraum erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit einem Lüfter (5) an einer warmen Seite des Peltier-Elements (6) ein Luftstrom erzeugt wird, um thermische Energie abzuleiten und/oder von dem Peltier-Element (6) gekühlte Luft im Innenraum der Kühlbox verteilt wird, und dass die Energieversorgung des Lüfters (5) abhängig von der ermittelten Innentemperatur und/oder der ermittelten Umgebungstemperatur angepasst wird.
  8. Steuer- und Regelvorrichtung für die Energieversorgung eines Peltier-Elements (6) einer Kühlbox
    mit einem elektrischen Eingang, an dem eine Spannung (7), insbesondere eine Wechselspannung, anlegbar ist,
    mit einer Einrichtung zum Umwandeln der Spannung (7) in eine Gleichspannung,
    mit einem elektrischen Ausgang zum Versorgen des Peltier-Elements (6) mit der Gleichspannung,
    mit einem ersten Anschluss zum Verbinden mit einem Innentemperatursensor (4) der Kühlbox und
    mit einer Auswerteeinheit, die zum Ermitteln einer Innentemperatur mittels des Innentemperatursensors (4) eingerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein zweiter Anschluss zum Verbinden mit einem Umgebungstemperatursensor (3) der Kühlbox vorhanden ist,
    dass die Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Umgebungstemperatur mittels des Umgebungstemperatursensors (3) eingerichtet ist, und
    dass Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung des Peltier-Elements (6) abhängig von der ermittelten Innentemperatur und der ermittelten Umgebungstemperatur vorhanden sind.
  9. Steuer- und Regelvorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung eine Einrichtung (1) zum Anpassen des Betrags der Gleichspannung abhängig von der ermittelten Umgebungstemperatur und/oder der ermittelten Innentemperatur aufweisen.
  10. Steuer- und Regelvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung eine Einrichtung (2) zum Anpassen der Stromstärke der Energieversorgung des Peltier-Elements (6) abhängig von der ermittelten Außentemperatur und/oder der ermittelten Innentemperatur aufweisen.
  11. Steuer- und Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet sind, die Energieversorgung des Peltier-Elements (6), insbesondere den Betrag der Gleichspannung und/oder die Stromstärke, als stetige Funktion der Umgebungstemperatur und/oder der Innentemperatur anzupassen.
  12. Steuer- und Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet sind, dass die Energieversorgung des Peltier-Elements (6) eine vorgebbare Maximalenergieversorgung nicht überschreitet, insbesondere dass der Betrag der Gleichspannung eine vorgebbare Maximalspannung und/oder die Stromstärke eine vorgebbare Maximalstromstärke nicht überschreitet.
  13. Steuer- und Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet sind, dass, wenn die empfangene Innentemperatur eine vorgebbare Minimaltemperatur erreicht, die Energieversorgung des Peltier-Elements (6), insbesondere die Stromstärke des Peltier-Elements (6), so weit reduziert wird, dass keine oder im Wesentlichen keine weitere Temperaturreduzierung im Innenraum erfolgt.
  14. Steuer- und Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein elektrischer Lüfterausgang zum Anschließen mindestens eines Lüfters (5) zum Abführen erwärmter Luft an einer Außenseite der Kühlbox oder zum Verteilen gekühlter Luft im Innenraum der Kühlbox vorhanden ist, und dass die Mittel (1, 2) zum Anpassen der Energieversorgung dazu eingerichtet sind, die Energieversorgung des Lüfters (5) abhängig von der ermittelten Innentemperatur und/oder der ermittelten Umgebungstemperatur anzupassen.
  15. Kühlbox
    mit einer Steuer- und Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, mit einem Innenraum zur Aufnahme von Objekten,
    mit einem Peltier-Element (6) zur Kühlung des Innenraums,
    mit einem Innentemperatursensor (4) und
    mit einem Umgebungstemperatursensor (3).
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