NO170743B

NO170743B - REFRIGERATOR REFRIGERATOR

Info

Publication number: NO170743B
Application number: NO893534A
Authority: NO
Inventors: Virgil Kuenzle
Original assignee: Chemonorm Ag
Priority date: 1988-01-05
Filing date: 1989-09-04
Publication date: 1992-08-17
Also published as: BR8807399A; FI894038A; FI894038A0; EP0350502B1; DK437089D0; EP0350502A1; ATE83309T1; NO893534D0; NO893534L; JPH02502846A; AU627705B2; AU2797689A; DE3876621D1; NO170743C; WO1989006335A1; DK437089A; CH675154A5

Abstract

In the refrigerating unit disclosed, a thermoelectric Peltier element (19) is used as a heat pump between a first heat-exchanger (20, 23, 24) inside a refrigerator (10) and a second heat-exchanger (18, 28, 29, 30, 31) on the outside of the rear wall (11) of the refrigerator. Both heat-exchangers have a metal block (20 or 18) connected in a heat-conducting manner, either directly or via a heat-conducting block (15), to the Peltier element (19). The supply of electrical energy to the feed circuit of the Peltier element (19) is automatically controlled by an electric circuit arrangement with a variable-resistance temperature probe. The refrigerating unit is characterized by low energy consumption, no perceptible current peaks on start-up, and a particularly long service life.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et kjøleaggregat for et kjøleskap, hvor minst ett termoelektrisk Peltier-element står i varmeledende forbindelse med på den ene side en første varmeveksler som skal anordnes innvendig i kjøleskapet og på den annen side med en andre varmeveksler som skal anordnes på en yttervegg av kjøleskapet, og Peltier-elementets elektriske matestrømkrets er forbundet med en elektrisk koplingsanordning for regulering av tilførsel av elektrisk energi, slik at ved hjelp av Peltier-elementet muliggjøres en varmetransport fra den første varmeveksler til den andre varmeveksler, idet den elektriske koplingsanordning er styrbar i avhengighet av et som temperaturføler tjenende organ som står i varmeledende forbindelse med den første varmeveksler som er anordnet innvendig i kjøleskapet. The present invention relates to a cooling unit for a refrigerator, where at least one thermoelectric Peltier element is in a heat-conducting connection with, on the one hand, a first heat exchanger to be arranged inside the refrigerator and on the other hand with a second heat exchanger to be arranged on an outer wall of the refrigerator, and the Peltier element's electrical feed current circuit is connected to an electrical coupling device for regulating the supply of electrical energy, so that by means of the Peltier element heat transport from the first heat exchanger to the second heat exchanger is enabled, the electrical coupling device being controllable in dependence of an organ serving as a temperature sensor which is in a heat-conducting connection with the first heat exchanger arranged inside the refrigerator.

Som eksempler på kjent teknikk på området kan nevnes SE utlegningsskrift nr. 422 994 og US patentskrifter nr. 3 100 969 og 2 947 150. As examples of known technology in the area, SE explanatory document no. 422 994 and US patent documents no. 3 100 969 and 2 947 150 can be mentioned.

Formålet med oppfinnelsen er å fremskaffe et kjøleaggre-gat av ovennevnte art, som ikke omfatter noen bevegelige deler, som ikke trenger tilsyn, som har lang levetid, som bare trenger forholdsvis liten elektrisk energi under drift og som ikke oppviser noen innkoplings-effekttopper. The purpose of the invention is to provide a cooling unit of the above-mentioned type, which does not include any moving parts, which does not need supervision, which has a long life, which only needs relatively little electrical energy during operation and which does not exhibit any switching power peaks.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved et kjøle-aggregat av den innledningsvis angitte art, ved at den første og den andre varmeveksler hver omfatter en metallblokk som hver omfatter minst ett med konveksjonslameller forsynt varme-rør som med ett av sine endepartier er opptatt i en boring i den tilhørende metallblokk, og at den ene metallblokk er direkte, varmeledende forbundet med Peltier-elementet, mens den andre metallblokk via en ytterligere varmeledningsblokk står i varmelednings-forbindelse med Peltier-elementet, idet den ytterligere varmeledningsblokk tjener som basis for alle andre av kjøleaggregatets bestanddeler og er innrettet til å innføres i en i kjøleskap-bakveggen, som føring utformet gjennomgang med tverrsnitt tilsvarende varmeledningblokkens tverrsnitt, og at metallblokkene, Peltier-elementet og den ytterligere varmeledningsblokk er innbyrdes sammenskrudd for According to the invention, this purpose is achieved by a cooling unit of the kind indicated at the outset, in that the first and the second heat exchanger each comprise a metal block, each of which comprises at least one heat pipe provided with convection lamellas, which has one of its end parts occupied in a bore in the associated metal block, and that one metal block is directly, heat-conductingly connected to the Peltier element, while the other metal block is in a heat-conducting connection with the Peltier element via an additional heat-conducting block, as the additional heat-conducting block serves as the basis for all other of the cooling unit's components and is designed to be introduced into a passage in the back wall of the refrigerator, as a guide designed passage with a cross-section corresponding to the cross-section of the heat conduction block, and that the metal blocks, the Peltier element and the additional heat conduction block are mutually screwed together for

montering av kjøleaggregatet i kjøleskapet. installation of the cooling unit in the refrigerator.

Detaljer ved oppfinnelsen og de dermed oppnådde fordeler er nærmere forklart i den etterfølgende beskrivelse av et foretrukket utføringseksempel, under henvisning til de tilhø-rende tegninger. I disse viser: Fig. 1 et horisontalsnitt langs linjen 1-1 i fig. 2 gjennom en del av et kjøleskap og et grunnriss av et ved kjøleska-pet påbygget kjøleaggregat ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 et tverrsnitt langs linjen 2-2- i fig. 1 i større målestokk; Fig. 3 en elektrisk koplingsanordning for automatisk regulering av energitilførselen til kjøleaggregatets termo-elektriske Peltier-element. Details of the invention and the advantages thus obtained are explained in more detail in the subsequent description of a preferred embodiment, with reference to the associated drawings. In these shows: Fig. 1 a horizontal section along the line 1-1 in fig. 2 through a part of a refrigerator and a floor plan of a cooling unit according to the invention attached to the refrigerator; Fig. 2 a cross-section along the line 2-2- in fig. 1 on a larger scale; Fig. 3 an electrical connection device for automatic regulation of the energy supply to the cooling unit's thermo-electric Peltier element.

Ifølge fig. 1 og 2 omfatter et kjøleskap 10 en bakvegg 11 og to sidevegger 12 og 13 som rager bakut forbi bakveggen 11. Kjøleskapets 10 innvendige flater er belagt med et lag isole-ring 14. En av metall, fortrinnsvis en aluminiumlegering, bestående varmeledningsblokk 15 er innpasset i et gjennombrudd 16 i bakveggen 11 og det derværende isolasjonslag 14. På denne varmeledningsblokk 15 er ved hjelp av skruer 17 festet en på kjøleskapets bakside anordnet metallblokk 18, under mellomkopling av et termoelektrisk Peltier-element 19 som ved hjelp av skruene 17 er fastklemt mellom de to metallblokker 15 og 18. Peltier-elementet 19 er handelsvare, som f.eks. kan leveres av det nord-amerikanske firma Melcor under typebetegnelsen 1.4/127.06L. Det er sandwichaktig bygget opp og omfatter mellom to godt varmeledende, men elektrisk isolerte ende-flater som står i varmeledende berøring med de to blokker 15 og 18, flere par halvleder-organer som er innbyrdes elektrisk koplet i serie og danner Peltier-elementets matestrømkrets. According to fig. 1 and 2, a refrigerator 10 comprises a rear wall 11 and two side walls 12 and 13 which project backwards past the rear wall 11. The internal surfaces of the refrigerator 10 are coated with a layer of insulation 14. A heat conduction block 15 consisting of metal, preferably an aluminum alloy, is fitted in a breakthrough 16 in the back wall 11 and the insulation layer 14 there. A metal block 18 arranged on the back of the refrigerator is attached to this heat conduction block 15 by means of screws 17, with the intermediate connection of a thermoelectric Peltier element 19 which by means of the screws 17 is clamped between the two metal blocks 15 and 18. The Peltier element 19 is a commercial product, which e.g. can be supplied by the North American company Melcor under the type designation 1.4/127.06L. It is constructed in a sandwich-like manner and comprises, between two well heat-conducting but electrically insulated end surfaces that are in heat-conducting contact with the two blocks 15 and 18, several pairs of semiconductor devices that are mutually electrically connected in series and form the Peltier element's feed current circuit.

Da slike Peltier-elementer som nevnt er vanlig handelsvare, er det her ikke nødvendig med noen utførlig beskrivelse og tegning. As such Peltier elements as mentioned are common merchandise, there is no need here for any detailed description and drawing.

Ved varmeledningsblokkens 15 innvendig i kjøleskappet 10 beliggende ende er det ved hjelp av skruer 21 festet en ytterligere metallblokk 20, slik at blokkene 15 og 20 står i god varmeledningsforbindelse. Metallblokken 20 har en boring 22 i hvilken sitter et endeparti av et såkalt varmeror 23 som for-øvrig er forsynt med et stort antall konveksjonslameller 24. Varmerøret 23 består på kjent måte av et ved begge ender luk-ket, evakuert kopperrør som er fyllt med mettet damp fra full-stendig rent vann og som ved sine sylindriske innsider er forsynt med et belegg 25 (fig. 2) som virker som veke. Varmerør av denne type er likeledes handelsvare og blir fremstilt f.eks. av firmaet Furukawa Electric Co. Ltd., Tokyo (Japan), og markedsføres under typebetegnelsen SB 100. Metallblokken 20, varmerøret 23 og lamellene 24 danner sammen en første varmeveksler som er anordnet innvendig i kjøleskapet 10. At the end of the heat conduction block 15 located inside the refrigerator 10, a further metal block 20 is attached by means of screws 21, so that the blocks 15 and 20 are in good heat conduction connection. The metal block 20 has a bore 22 in which sits an end part of a so-called heating pipe 23 which is also provided with a large number of convection slats 24. The heating pipe 23 consists in a known manner of an evacuated copper pipe closed at both ends and filled with saturated steam from completely pure water and which, on its cylindrical insides, is provided with a coating 25 (fig. 2) which acts as a wick. Heating pipes of this type are also commercial goods and are produced, e.g. by the company Furukawa Electric Co. Ltd., Tokyo (Japan), and is marketed under the type designation SB 100. The metal block 20, the heating pipe 23 and the fins 24 together form a first heat exchanger which is arranged inside the refrigerator 10.

Den ovenfor omtalte metallblokk 18 på kjøleskapets 10 bakside har to parallelle boringer 26 og 27 som opptar hvert sitt endeparti av et varmerør 28 hhv 29. Disse to varmerør 28 og 29 har samme utforming som det tidligere beskrevne varmerør 23 og er likeledes forsynt med et stort antall konveksjonslameller 30 hhv 31. Metallblokken 18 og varmerørene 28 og 29 med sine lameller 30 og 31 danner sammen en andre varmeveksler som befinner seg på utsiden av kjøleskapets bakvegg 11. The above-mentioned metal block 18 on the back of the refrigerator 10 has two parallel bores 26 and 27 which each occupy the end part of a heating pipe 28 and 29, respectively. These two heating pipes 28 and 29 have the same design as the previously described heating pipe 23 and are likewise provided with a large number of convection lamellas 30 and 31 respectively. The metal block 18 and the heating pipes 28 and 29 with their lamellas 30 and 31 together form a second heat exchanger which is located on the outside of the refrigerator's rear wall 11.

Ovenpå metallblokken 18 er ved hjelp av skruer 32 (fig. 2 festet et hus 33 som inneholder en elektrisk koplingsanordning for automatisk regulering av tilførselen av elektrisk energi til den ovenfor omtalte matestrømkrets for Peltier-elementet 19. I fig. 3 er den elektriske koplingsanordning skjematisk vist og generelt betegnet med 34. On top of the metal block 18, with the help of screws 32 (Fig. 2), a housing 33 is attached which contains an electrical switching device for automatic regulation of the supply of electrical energy to the above-mentioned supply current circuit for the Peltier element 19. In Fig. 3, the electrical switching device is schematically shown and generally denoted by 34.

Den elektriske koplingsanordning 34 omfatter en elektronisk spenningskomparator 35 med to innganger 3 6 og 37 samt en utgang 38. Ved den positive inngang 36 er det påtrykket en konstant referansespenning U2 som skapes ved hjelp av en bro-likeretter 39, glattes gjennom to kondensatorer 40, 41 og en motstand 42, stabiliseres ved hjelp av en spenningsstabili-sator 43 ved en konstant verdi U0 og reduseres til den ønskete verdi ved hjelp av en spenningsdeler 44, 45. Brolikeretteren 39 oppviser to tilkoplingsklemmer 46 og 47 som via en ikke vist transformator er tilsluttet vekselstrømnettet. The electrical connection device 34 comprises an electronic voltage comparator 35 with two inputs 3 6 and 37 and an output 38. At the positive input 36, a constant reference voltage U2 is applied which is created by means of a bridge rectifier 39, smoothed through two capacitors 40, 41 and a resistor 42, is stabilized by means of a voltage stabilizer 43 at a constant value U0 and reduced to the desired value by means of a voltage divider 44, 45. The bridge rectifier 39 has two connecting terminals 46 and 47 which via a transformer not shown are connected to the AC mains.

Ved spenningskomparatorens 35 negative inngang 37 ligger spenningsuttaket for en andre spenningsdeler 48, 49 som for-minsker den stabiliserte spenning U0 til en variabel verdi U2. Denne andre spenningsdeler består av en innstillbar fast motstand 48 og en variabel motstand 49 som oppviser en utpreget negativ temperaturkoeffisient (NTC) og som virker som tempera-turføler. Ifølge fig. 2 er varmeledningsblokken 15 forsynt med en boring 50 for opptak av den variable motstand 49, som via to tilkoplingsklemmer 51, 52 står i forbindelse med koplingsanordningen 34. En kondensator 53 tjener til å under-trykke kortvarige svingninger i den variable spenning U2. At the negative input 37 of the voltage comparator 35 is the voltage outlet for a second voltage divider 48, 49 which reduces the stabilized voltage U0 to a variable value U2. This second voltage divider consists of an adjustable fixed resistor 48 and a variable resistor 49 which exhibits a distinctly negative temperature coefficient (NTC) and which acts as a temperature sensor. According to fig. 2, the heat conduction block 15 is provided with a bore 50 for recording the variable resistor 49, which is connected via two connection terminals 51, 52 to the connection device 34. A capacitor 53 serves to suppress short-term fluctuations in the variable voltage U2.

Spenningskomparatorens 35 utgang 38 er via en beskyt-telsesmotstand 54 forbundet med styreinngangen 55 til en elektronisk FET-bryter 56 som inngår i Peltier-elementets 19 matestrømkrets. Koplingsanordningen 34 oppviser to klemmer 57 og 58 for tilkopling av Peltier-elementet 19. Med bryteren 56 styrt for gjennomstrømning mates Peltier-elementet 19 umiddel-bart med den ustabiliserte spenning fra brolikeretteren 39. Mellom de to tilkoplingsklemmer 57 og 58 for Peltier-elementet 19 ligger det en seriekopling av en lysdiode 59 og en til-hørende formotstand 60. Mellom spenningskomparatorens 35 utgang 38 og plusspolen til brolikeretterens 39 ustabiliserte spenning ligger det en pull-up-motstand 61, og ved hjelp av en Zenerdiode 62 sørges det for at den ved komparatorens 35 utgang 38 og ved den elektroniske bryters 56 styreinngang 55 forekommende spenning U3 aldri kan anta en utillatelig høy verdi. Mellom den positive inngang 36 og spenningkomparato-rens 35 utgang 38 ligger det en seriekopling av en motstand 63 og en diode 64 for å bevirke en positiv tilbakekopling når spenning U2 overskrider spenningen U^. The output 38 of the voltage comparator 35 is connected via a protection resistor 54 to the control input 55 of an electronic FET switch 56 which is included in the Peltier element's 19 feed current circuit. The connection device 34 has two terminals 57 and 58 for connecting the Peltier element 19. With the switch 56 controlled for flow, the Peltier element 19 is fed immediately with the unstabilized voltage from the bridge rectifier 39. Between the two connection terminals 57 and 58 for the Peltier element 19 there is a series connection of an LED 59 and an associated resistor 60. Between the output 38 of the voltage comparator 35 and the plus coil of the bridge rectifier 39's unstabilized voltage there is a pull-up resistor 61, and with the help of a Zener diode 62 it is ensured that the voltage U3 occurring at the output 38 of the comparator 35 and at the control input 55 of the electronic switch 56 can never assume an unacceptably high value. Between the positive input 36 and the output 38 of the voltage comparator 35 there is a series connection of a resistor 63 and a diode 64 to effect a positive feedback when voltage U2 exceeds voltage U^.

Virkemåten til det beskrevne kjøleaggregat er i korthet som følger: Det forutsettes at en vekselspenning f.eks. 10 volt er påtrykket klemmene 46 og 47. Når og så lenge temperaturen i kjøleskapets 10 indre overskrider en ved hjelp av innstil-lingsmotstanden 48 innen visse grenser velgbar verdi på f.eks. +6°C, har den som temperaturføler virkende, variable motstand 49 en forholdsvis høy motstandsverdi, slik at den variable spenning U2 ved spenningskomparatorens 35 negative inngang 37 overskrider den konstante referansespenning 1^ ved den positive inngang 36. Ved elektronikkbryterens 56 styreinngang 55 påhviler følgelig en positiv spenning U3 som styrer bryteren 56 i dennes ledende tilstand. Derved sluttes matestrømkretsen til Peltier-elementet 19 og sistnevnte bevirker at varme fra varmeveksleren 20, 23, 24 i kjøleskapets indre pumpes til varmeveksleren 18, 28, 29, 30, 31 på utsiden av kjøleskapets bakvegg 11. Dette bevirker en varmetransport fra kjøleskapets indre til utsiden og en senking av temperaturen i kjøleskapets indre. Parallelt med Peltier-elementets 19 matestrømkrets innkoples også lysdioden 59, for visuelt å angi kjøleaggregat-ets aktiverte tilstand. The operation of the described cooling unit is briefly as follows: It is assumed that an alternating voltage, e.g. 10 volts is applied to terminals 46 and 47. When and as long as the temperature in the interior of the refrigerator 10 exceeds a selectable value of e.g. +6°C, the variable resistance 49 acting as a temperature sensor has a relatively high resistance value, so that the variable voltage U2 at the negative input 37 of the voltage comparator 35 exceeds the constant reference voltage 1^ at the positive input 36. At the control input 55 of the electronic switch 56, consequently a positive voltage U3 which controls the switch 56 in its conducting state. Thereby, the supply current circuit to the Peltier element 19 is closed and the latter causes heat from the heat exchanger 20, 23, 24 in the refrigerator's interior to be pumped to the heat exchanger 18, 28, 29, 30, 31 on the outside of the refrigerator's rear wall 11. This causes heat to be transported from the refrigerator's interior to the outside and a lowering of the temperature inside the refrigerator. In parallel with the Peltier element's 19 feed current circuit, the LED 59 is also switched on, to visually indicate the cooling unit's activated state.

Med synkende temperatur i kjøleskapet blir motstands-verdien til den som temperaturføler tjenende, variable motstand 49 mindre, hvilket medfører en tilsvarende minsking av den variable U2 ved spenningskomparatorens 3 5 negative inngang 37. Når den variable spenning U2 underskrider verdien av referansespenningen U^ blir den ved elektronikkbryterens 56 styreinngang 55 påhvilende spenning U3 momentant tilnærmet lik null. Derved styres bryteren 56 til sin ikke-ledende eller sperrende tilstand og Peltier-elementets 19 matestrømkrets blir følgelig brutt. Kjøleaggregatet befinner seg da i en inaktiv tilstand, synliggjort ved at lysdioden 59 slukker. As the temperature in the refrigerator decreases, the resistance value of the variable resistor 49 serving as a temperature sensor decreases, which causes a corresponding decrease in the variable U2 at the negative input 37 of the voltage comparator 35. When the variable voltage U2 falls below the value of the reference voltage U^, it becomes at the control input 55 of the electronic switch 56, the applied voltage U3 is momentarily approximately equal to zero. Thereby, the switch 56 is controlled to its non-conductive or blocking state and the Peltier element 19's supply current circuit is consequently broken. The cooling unit is then in an inactive state, indicated by the LED 59 going out.

Dersom temperaturen i kjøleskapets indre igjen stiger gjentar den beskrevne syklus seg. Det dreier seg således om en såkalt topunktsregulering, som gjør det mulig å holde temperaturen i kjøleskapets indre konstant innenfor ca. ±0,15°C. Inn-og utkoplingen av Peltier-elementets 19 mate-strømkrets skjer praktisk talt uten tap, og uten høye effekttopper ved innkopling. If the temperature inside the refrigerator rises again, the cycle described repeats itself. It is thus a so-called two-point regulation, which makes it possible to keep the temperature inside the refrigerator constant within approx. ±0.15°C. The connection and disconnection of the Peltier element's 19 supply current circuit takes place practically without loss, and without high power peaks during connection.

Kjøleaggregatets kjøleeffekt ligger alt etter temperatur-forskjellen til de to varmevekslere innenfor og utenfor i området fra 5 til 3 0 watt. Ved tilsvarende innstilling av den innstillbare motstand 48 blir det mulig å senke temperaturen i kjøleskapets indre til ca. 2°C når utetemperaturen ligger i området ved vanlig boligrom-temperatur. Depending on the temperature difference of the two heat exchangers inside and outside, the cooling power of the cooling unit is in the range from 5 to 30 watts. By correspondingly setting the adjustable resistance 48, it becomes possible to lower the temperature inside the refrigerator to approx. 2°C when the outside temperature is in the range of normal living room temperature.

Det beskrevne kjøleaggregat trenger intet tilsyn og har The cooling unit described needs no supervision and has

Claims

Cooling unit for a refrigerator, where at least one thermoelectric Peltier element (19) is in heat-conducting connection with, on the one hand, a first heat exchanger (20, 23, 24) to be arranged inside the refrigerator (10) and on the other hand with a other heat exchangers (18, 28, 29, 30, 31) to be arranged on an outer wall of the refrigerator (10), and the Peltier element's (19) electric feed current circuit is connected to an electric switching device (34) for regulating the supply of electric energy , so that by means of the Peltier element (19) a heat transport from the first heat exchanger (20, 23, 24) to the second heat exchanger (18, 28, 29, 30, 31) is enabled, the electrical coupling device (34) being controllable in dependence on an organ (49) serving as a temperature sensor which is in heat-conducting connection with the first heat exchanger (20, 23, 24) which is arranged inside the refrigerator (10), characterized in that the first (20, 23, 24 ) and the second heat exchanger (18, 28, 29, 30, 31) each ter a metal block (20, 18) each of which comprises at least one with convection lamellae (24; 30, 31) provided with a heating pipe (23; 28, 29) which with one of its end parts is occupied in a bore (22; 26, 27) in the associated metal block (20; 18), and that one metal block (18) is directly, heat-conductingly connected to the Peltier element (19), while the second metal block (20) via a further heat-conducting block (15) is in a heat-conducting connection with the Peltier element (19), the further heat-conducting block (15) serving as a basis for all other components of the cooling unit and are designed to be introduced into a passage in the back wall of the refrigerator, as a guide designed passage with a cross-section corresponding to the cross-section of the heat conduction block (15), and that the metal blocks (20; 18), the Peltier element (19) and the further heat conduction block (15) are mutually screwed together for mounting the cooling unit in the refrigerator.