SE469488B - Termoelektriskt kylelement med flexibelt vaermeledningselement - Google Patents

Description

I' I fi: r v W 469 488 såsom exempelvis i en båt. I kylskåpsfallet behövs vidare inga rörliga delar i form av kompressor, pump eller fläkt, såsom vid konventionella båtkylskåp, vilket naturligtvis bidrager till kylskåpets energisnålhet och ljudlöshet.

En allvarlig nackdel med anordningen enligt nämnda amerikanska patent ligger i faktumet, att de båda första, och andra värme- ledningselementen utgörs av stela värmeledare, exempelvis en kopparstav, så att förbindelsen mellan själva väggen hos förva- ringsutrymmet och det andra värmeledningselementets i kontakt med mediet stående ände är stel. Detta innebär framför allt att det termoelektriska kylelementets båda ändar är fixerade i rummet och därmed lqylelementet kan utsättas för' betydande moment, därest inte kraftiga stöttor anordnas för att hålla det eller de därtill anslutna värmeledningselementen säkert på plats. Vid anordningen enligt US patent 4 355 518 är med kylskåpet kylelementet fast förbundet, så att ett andra värmeledningselement i form av en kopparstav, för att det skall sitta dikt an mot det termoelekt- riska kylelementet, måste hållas med ordentliga stöttor med hög precision för att inte momenten på det termoelektriska elementet skall bli för stora.

En annan nackdel med en anordning av den typ som beskrivs i det amerikanska patentet består i att det måste tillverkas olika värmeledningselement för användande av anordningen i olika applikationer, där det inbördes anordnandet i rummet mellan förvaringsutrymmet och det andra värmeledningselementets kon- taktyta med nämnda medium är skiljaktig. Detta betyder i prak- tiken, att i fallet av användande av anordningen för kylskåp i båtar, måste till ifrågavarande båt anpassade, specialdimensio- nerade värmeledningselement tillhandahållas för de olika av- stånden mellan båtens botten och det lämpligaste placerandet av kylskåpet. Detta medför naturligtvis att någon större seriepro- duktion av sådana kylskåp eller anordningar blir svår att åstad- komma.

»I . 'j-W' WW* Uppfinningen är inte på något sätt begränsad till anordningar för reglering av temperaturen i. ett kylskåp, utan en mängd andra applikationer är tänkbara, såsom exempelvis medicinlâdor och dylikt. Mediet som det andra värmeledningselementet står i kontakt med kan vara av en mängd olika slag, såsom exempelvis vatten i en sjö, ett hav eller dylikt, atmosfärluften, en berg- vägg, marken, chassiplåten hos en bil och så vidare.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning av det inledningsvis nämnda slaget, vilken inte uppvi- sar de ovannämnda nackdelarna hos den tidigare kända anordningen av detta slag, så att en större serieproduktion av sådana anord- ningar och därmed en försäljningsframgångar motiverande låg tillverkningskostnad kan uppnås.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att hos en anordning av nämnt slag det ena av de båda vârmeledningselementen görs flexibelt över åtminstone en del av sin utsträckning.

Uppfinningen grundar sig således på insikterna att det kanske vore möjligt att åstadkomma en flexibel värmeledare, fastän värmeledare måste uppvisa ett betydande tvärsnitt och därför inom värmeledningstekniken hittills alltid fasta värmeledare använts.

Det har visat sig att detta mycket väl är möjligt, och tack vare flexibiliteten hos åtminstone en del av det' ena av de båda värmeledningselementen kan både stora moment på det termoelekt- riska kylelementet undvikas utan att kraftiga stöttor används och en och samma anordning användas för en inom relativt vida ramar begränsad inbördes lokalisering av förvaringsutrymmet i fråga och det andra värmeledningselementets kontaktyta med nämnda medium.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är den flex- ibla värmeledningselementsdelen bildad av en mängd i en bunt sammanhållna flexibla tunna trådar av material med god värmeled- ningsförmâga. Tack vare utformandet av en del av ett av . ','1T|';|'|l" Hrfflw 469 488 värmeledningselementen som en sammansättning av en mängd tunna trådar, är det möjligt att uppnå en en tillräckligt god värme- ledningskapacitet medförande sammanlagd tvärsnittsyta och ändå tillse att denna del av värmeledningselementet låter sig böjas.

Ytterligare fördelar' med samt fördelaktiga särdrag hos anord- ningen enligt uppfinningen framgår av övriga osjälvständiga patentkrav samt den efterföljande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Härnedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utföringsfor- mer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 är en schematisk, förenklad, delvis skuren vy av en första utföringsform av den uppfinningsenliga anordningen i en första användning, Fig 2 är en perspektivvy av en del av den i Fig 1 visade anord- ningen, Fig 3 är en schematisk, förenklad, delvis skuren vy av en anord- ning enligt en andra föredragen utföringsform av uppfinningen i en andra användning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSÉORMER AV UPPFIN- NINGEN I Fig 1 visad mycket schematiskt en första föredragen utförings- form av den uppfinningsenliga anordningen i användningsfallet av ett i en båt placerat kylskåp. Kylskåpet 1, som är avsett att placeras i ett på ritningen antytt skrov 2 hos en båt, såsom en segelbåt, i närheten av dettas botten, uppvisar på konventionellt sätt ett lock 3 via vilket åtkomlighet till ett inre, av sido- väggar och botten inneslutet förvaringsutrymme 4 kan erbjudas.

Locket samt väggarna är konstruerade av isolerande skum. De i . 'fw-N vil" , kontakt med förvaringsutrymmet 4 varande ytorna hos den nedre delen av väggarna samt botten hos kylskåpet är bildade av ett skal 5 av material med god värmeledningsförmåga, här aluminium.

Detta aluminiumskal 5 hos kylskåpet uppvisar ett i ett stycke därmed anordnat stelt utsprång 6. Utsprånget 6 sträcker sig från aluminiumskalet 5 ut genonx kylskàpets isoleringsvägg, och vid dess ytterände är fast anslutet ett termoelektriskt kylelement 7.

Det termoelektriska kylelementet 7 består på konventionellt sätt av två metallstycken 8, 9 av en och samma metall samt ett dessa via två dopade halvledare 31, 32 förbindande tredje metallstycke 10 av en annan metall. Vidare är en elektrisk isoleringsplatta 33, 34 anordnad på ömse sidor om resten av det termoelektriska kylelementet för att inte några elektriska strömmar skall nå aluminiumskalet respektive det på det termoelektriska kylele- mentets motsatta sida anordnade 'värme1edningselementet. Av de båda halvledarelementen 33 och 34, vilka uppvisar en god värme- ledningsförmåga, är det ena P-dopat och det andra N-dopat. vid anbringande av en elektrisk spänning mellan de båda metallstyckena 8 och 9 kommer två gränsytor att uppnås, varvid den ena blir varm och den andra kall, så att på detta sätt en värmetransport kommer att kunna åstadkommas från det termoelektriska kylelementets 7 ena sida till den andra.

I det i Fig 1 visade fallet avses en elektrisk ström skickas i en sådan riktning igenom det termoelektriska kylelementet att den närmast aluminiumskalet 5 belägna gränsytan hos elementet blir kall och den andra gränsytan blir varm, så att värme kommer att transporteras från kylskåpet och igenom kylelementet.

Med det termoelektriska kylementets 7 isoleringselement 34 är en kopparklots ll tätt, d v s värmeledande, fast förbunden. Koppar- klotsens 11 kontaktyta med termoelementet är företrädesvis polerad, så att en mycket god värmeöverföring från termoelementet till kopparklotsen kan ske.

- .M1 !f'\"' F! 1" PF" -69 488 Vid kopparklotsen ll är ena änden 12 hos en bunt 13 av en mängd tunna koppartrådar förbunden, varvid den andra ände 14 av bunten är fast förbunden med en i båtens skrov 2 nedsänkt anordnad kopparplatta 15. De i bunten 13 ingående koppartrådarna kan med fördel vara fler än 1000 till antalet och var för sig uppvisa en diameter av mindre 'än 1 millimeter. Detta medför att bunten 13 blir flexibel och kan böjas för anpassning till olika avstånd mellan kopparplattan 15 och det termoelektriska kylelementet 7.

Därmed kommer inte heller några stora moment att kunna överföras från kopparplattan via bunten värmeledare till det termoelekt- riska kylelementet.

Ett batteri 16 är anordnat att tillhandahålla en elektrisk ström genom det termoelektriska kylelementet 7 för att åstadkomma en transport av värme från aluminiumskalet 5 till kopparplattan 15 för avgivande därav till vattnet som omger båtens skrov. Mellan batteriet 16 och det termoelektriska kylelementet är en regulator 17 anordnad. Till regulatorn 17 är en i kylskåpets inre anordnad temperaturavkännare 18 ansluten. Regulatorn 17 kommer på grundval av informationer från temperaturavkännaren 18 att styra strömmen från batteriet 16 till det termoelektriska kylelementet 7. Därvid kan en ström som motsvarar en ingiven effekt av ca 4 W vara tillräcklig för att uppnå tillräckligt effektiv bortförande av värme från kylskåpet. Regulatorn 17 kan naturligtvis styra nämnda ström steglöst genom det termoelektriska kylelementet. På detta sätt kan den tillse att en konstant, önskvärd temperatur hålls i kylskåpet. Till regulatorn 17 är vidare en solcell 19 ansluten för tillhandahållande av energi för drift av den förra. Vidare är i kopparklotsen 11 en temperaturgivare 35 inbyggd och kopplad till regulatorn 17. Genom information från temperaturavkännarna 18 och 31 kan batteriets ström genom det termoelektiska kylele- mentet 7 regleras så att verkningsgraden hålls på en hög nivå i systemet. En stor temperaturskillnad mellan 18 och 31 ger låg verkningsgrad. Genom att på regulatorn 17 välja mellan två olika (icke visade) knappar, nämligen "spar" eller "normal" , kommer ett nedkylningsförlopp att ske optimalt ekonomiskt, det vill säga . 'ivHQ-ql", H' 14"' 469 488 under förbrukande av så låg energimängd som möjligt, respektive optimalt snabbt, det vill säga på så kort tid som möjligt.

I den i Fig 1 visade utföringsformen av uppfinningen består således det första värmeledningselementet av aluminiumskalet 5 och dess stela utsprång 6 och det andra värmeledningselementet av kopparklotsen 11, trådbunten 13 samt kopparplattan 15, och det är således en del av det andra värmeledningselementet som är flexi- bel. Det vore emellertid mycket väl möjligt att göra en del av det första värmeledningselementet flexibel i stället, och detta är illustrerat i Fig 3.

I Fig 2 visas hur det värmeledningselement som uppvisar den flexibla delen, i detta fall det i Fig 1 visade andra värmeled- ningselementet, kan vara utformat. Detta värmeledningselement innefattar en kopparplatta 15 med exempelvis en tjocklek av 3 mm.

På denna är en fästring 20 fastgjord. I fästringen 20 och mot kopparplattan 15 lödes alternativt smältes den andra änden 14 av bunten 13 av koppartrådar. På detta sätt uppnås en mycket god kontakt mellan å ena sidan koppartrådarna i bunten 13 och å andra sidan kopparplattan 15, så att värme effektivt kan ledas mellan dessa. Bunten 13 av koppartrådar fastgöres på analogt sätt vid sin första ände 12 med den med en fästring 21 försedda koppar- klotsen 11. Det i Fig 2 visade värmeledningselementet kan sedan med kopparklotsen 11 anbringas direkt mot ett termoelektrisk kylelement eller mot en därmed fast förbunden stav eller dylikt av ett material med god värmeledningsförmåga och via kopparplat- tan 15 med ett element som är i närheten av det medium, med vilket värmeutbyte skall äga rum. I detta fall uppvisar koppar- plattan 15 skruvhàl 22 för fastgöring därav i botten hos skrovet 2.

I Fig 3 illustreras en andra föredragen utföringsform av uppfin- ningen, och i denna figur har delar med samma funktion som delar hos den i Fig 1 visade utföringsformen försetts med samma hän- visningsbeteckningar. I detta fall används anordningen för hållande av konstant, lämplig temperatur i en medicinväska 23, . _§W| ç-WI' p Fl» 69 488 som är utformad på liknande sätt som det i Fig 1 visade kyl- skåpet. Även här är aluminiumskalet. 5 i ett stycke med ett utsprång 24 av aluminium. Vid utsprångets 24 från aluminiumskalet 5 vända ände är en kopparplatta 15 motsvarande kopparplatta 25 fastgjord. Vid denna kopparplatta 25 är den ena änden hos en flexibel bunt 13 av tunna koppartrådar fastgjord, varvid den andra änden hos denna bunt är fastgjord vid en med ett termo- elektriskt kylelement 7 fastgjord koppparklots 11. Termoele- mentets 7 motsatta ände är fastgjord på en kopparplatta 26, som står'i direkt kontakt med ett medium 30, här en blandning av glykol och vatten, som är anordnat att utsättas för konvektion i en rörslinga 27, som passerar ut genom en yttervägg 28, löper utomhus, där den omges av kylflänsar 37, och därefter åter löper in genom väggen 28. En andra temperaturavkânnare 35 är även här anordnad i kopparplattan 26 och har samma funktion som i fig 1.

Efter erhållande av informationer från temperaturavkännaren 18 kan regulatorn 17 avgöra på vilket sätt och åt vilket håll batteriets elektriska ström genom det termoelektriska kylelemen- tet skall styras. Det är nämligen tänkbart att det i vissa fall kan vara önskvärt att leda värme bort från medicinväskan och i andra fall att leda värme till medicinväskan för att hålla en viss inställd önskad temperatur, och det senare kan inträffa när utomhustemperaturen är exempelvis 0°C. I detta utförande är det viktigt att det flexibla värmeledningselementet 13 är omgivet av en värmeisoleringsmaterial innehållande kropp 36, då vägen mellan det termoelektriska kylelementet och aluminiumskalet 5 är lång.

Hos denna utföringsform utgörs således det första värmelednings- elementet av aluminiumskalet 5, kopparstaven 24, kopparplattan 25, bunten 13 och kopparplattan 11, medan det andra värmeled- ningselementet här är stelt och består av kopparplattan 26.

Aluminiumskalet 5 skulle i de båda utföringsformerna även kunna tänkas anses ej tillhöra det första värmeledningselementet utan vara en del av själva förvaringsutrymmet.

Genom uppfinningen tillhandahålls således en möjlighet att på ett mycket energisnålt sätt reglera, företrädesvis konstanthålla, temperaturen i ett förvaringsutrymme. Anordnandet av förvarings- ijmnwj ÅÄ f"f""' 488 utrymmet i förhållande till det medium med vilket värme skall utbytas kan ske på ett varierat sätt utan krav på hög precision under undvikande av skadliga moment, framför allt på det termo- elektriska kylelementet.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de i figurerna visade föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav är säkerligen uppenbara för fackmannen, utan att denne för den skull avviker från uppfin- ningens grundtanke.

Exempelvis är det väl möjligt att hos en och samma anordning utnyttja fler än ett termoelektriskt kylelement och därvid exempelvis parallellkoppla önskat antal termoelektriska kylele- ment och värmeledningselement med varandra från förvaringsutrym- met till kontakten med nämnda medium. Såsom redan tidigare nämnts skulle mediet i fråga kunna vara av godtyckligt slag.

Ett av många andra möjliga användningsområden för den uppfin- ningsenliga anordningen vore reglerande av temperaturen i exem- pelvis en låda innehållande temperaturkänsliga elektronikkompo- nenter.

De' ovan gjorda materialangivelserna är endast att tolka som exempel på föredragna material, men naturligtvis kan exempelvis aluminiumskalet, kopparstavarna, kopparplattorna, bunten av trådar osv bytas ut mot andra material med god'värmeledningsför- måga, företrädesvis någon annan metall. Koppar torde emellertid vara att föredraga för den flexibla delen av varmeledningsele- menten, då det förutom god värmeledningsförmåga även är lätt att böja.

Claims (10)

.im M” I! *FU 469 4ssi '° Patentkrav

1. Anordning för reglering av temperaturen i ett förvaringsut- rymme (4), vilken innefattar ett med sin ena, första ände (8) via ett första värmeledningselement med utrymmet förbundet termo- elektriskt kylelement (7), med det termoelektriska kylelementet förbundna organ (16) anordnade att bringa en elektrisk ström att flyta igenom nämnda kylelement, och ett med sistnämnda elements motsatta, andra ände (10) förbundet andra värmeledningselement anordnat att stå i kontakt med ett medium (30) för av den elekt- riska strömmen genom det termoelektriska kylelementet styrt värmeutbyte därmed, varvid det ena av de båda värmeledningsele- menten är flexibelt över åtminstone en del (13) av sin utsträck- ning, k ä n n e t e c k n a d därav, att den flexibla värmelednings- elementsdelen är bildad av en mängd i en bunt (13) sammanhållna flexibla tunna trådar av material med god värmeledningsförmåga.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den flexibla värmelednings- elementsdelen (13) är av metall.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att metallen är koppar.

4. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att trådarna är vid vardera änden av den flexibla värmeledningselementsdelen (13) fixerade vid fasta element (ll, 15, 25) av material med god värmelednings- förmåga och utformade för anslutning till andra fasta element (6, 7, 24) i värmeledningskedjan mellan nämnda förvaringsutrymme (4) och medium (30).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att det ena med den flexibla värmeledningselementsdelen fixerade fasta elementet (15, 25) är utformat att erbjuda en värmeutbytesyta åt och stå i indirekt eller direkt kontakt med mediet eller förvaringsutrymmet och det . .§'r?| qcll' t :-1fiv~.-§""' 469 488 11 andra fasta elementet är utformat att fixeras vid en av det termoelektriska kylelementets ändar (8).

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett i en båt anordnat kylskåp (l) är anordnat att tillhandahålla nämnda förvaringsutrymme (4), och att mediet (30) är det båtens skrov omgivande vattnet.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att det andra värmeledningsele- mentet innefattar en flexibel del (13) och en i båtens skrov nedsänkt platta (15) i kontakt med vattnet.

8. Anordning enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar ett organ (18) anordnat att avkänna temperaturen i utrymmet (4) och sända informationer därom till ett organ (17) anordnat att på grundval av dessa informationer reglera storleken på strömmen som ström- alstringsorganet (16) skall bringa att flyta igenom det termo- elektriska kylelementet (7).

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar ett organ (35) anordnat att avkänna temperaturen hos värmeledningselementet på den. på det termoelektriska. kylelementets (7) längs bort från förvaringsutrymmet (4) belägna sida anordnade änden och sända informationer om denna temperatur till regleringsorganet (17) för att tillsammans med temperaturavkännaren för utrymmet leverera ett för regleringen av det termoelektriska kylelementet (7) till grund liggande värde på temperaturdifferenser mellan förvarings- utrymmet och motsatt sida av kylelementet (7).

10. Anordning enligt något av kraven 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett batteri (16) är anordnat att tillhandahålla den elektriska strömmen igenom det termoelekt- riska kylelementet (7), och att anordningen innefattar en eller flera solceller (19) anordnade att leverera den för drivande av övriga i anordningen ingående delar erforderliga energin.