DE1067455B

DE1067455B - Electrothermal cooling element

Info

Publication number: DE1067455B
Application number: DENDAT1067455D
Authority: DE
Inventors: Ruthen/Mohne Johannes Hoffmann und Dr rer nat Siegfried Poganski
Original assignee: LICENTIA Patent Verwaltungs GmbH, Hamburg
Priority date: 1958-11-12
Publication date: 1959-10-22
Also published as: GB894816A; CH393383A; GB895840A; DE1068279B

Description

Elektrothermisches Kühlelement Elektrothermische Kühlelemente, wie sie in letzter Zeit in die Kühltechnik Eingang gefunden haben, bestehen im wesentlichen, wie in Fig. 1 dargestellt, aus zwei Thermoelementschenkeln 1 und 2 und drei Wärmeleitkörpern 3, 4 und 5. Diese Wärmeleitkörper bestehen im allgemeinen aus zwei Teilen, deren einer als Wärmeaustauscher 6, 7 oder 8 ausgebildet ist, während der andere Teil 9, 10 oder 11 der Kontaktierung der Thermoelementschenkel 1 und 2 dient. Es ist nun eine besonders wertvolle Eigenart der thermoelektrischen Kühlung, daß sie sehr vielseitig verwendbar ist und daß die elektrothermischen Kühlelemente z. B. zu Labor- oder Versuchszwecken als Baukastenteile verwendet werden können, so daß sie hinsichtlich ihrer Zahl und ihrer räumlichen Anordnung dem jeweiligen Zweck leicht angepaßt werden können. So kann man die einzelnen Elemente z. B. bis auf die als Wärmeaustauscher dienenden Teile der Wärmeleitkörper in Gehäuse einbauen oder in Kunststoffe eingießen oder einschäumen, so daß sich rechteckige Körper ergeben, mit denen die gewünschten Formen des zu kühlenden Raumes leicht dargestellt werden können. Der Nachteil lag jedoch bisher darin, daß die als Wärmeaustauscher ausgebildeten Teile in Form und Anordnung immer nur für einen Verwendungszweck optimal angepaßt werden konnten, während sie für andere Zwecke zwar brauchbar waren, aber die an sich gegebenen Leistungsmöglichkeiten nicht voll erschöpften. So sind z. B. die günstigen Verhältnisse betreffend Zahl, Anordnung und Form der in Fig. 1 dargestellten Kühlrippen an den wärmeabgebenden Wärmeaustauschern davon abhängig, oh die Wärme an ein gasförmiges oder flüssiges Medium abgegeben wird. Weiterhin ist von Belang, ob dieses Medium einem Zwangsumlauf oder nur der Eigenkonvektion folgt. Darüber hinaus ist aber noch eine ganze Reihe von Parametern denkbar, die teilweise gänzlich unabhängig voneinander sind, auf die Ausbildung des Wärmeaustauschers jedoch einen gewissen Einfluß haben.Electrothermal cooling element Electrothermal cooling elements, such as they have recently found their way into cooling technology, essentially consist of as shown in Fig. 1, from two thermocouple legs 1 and 2 and three heat conductors 3, 4 and 5. These heat conductors generally consist of two parts, their one is designed as a heat exchanger 6, 7 or 8, while the other part 9, 10 or 11 is used to contact the thermocouple legs 1 and 2. It is Now a particularly valuable peculiarity of thermoelectric cooling is that it is very is versatile and that the electrothermal cooling elements z. B. to laboratory or experimental purposes can be used as modular parts, so that they with regard to their number and their spatial arrangement can be easily adapted to the respective purpose can. So you can z. B. except for the heat exchanger Install the parts of the heat conducting body that are used in the housing or pour them into plastics or foam, so that rectangular bodies result with which the desired Shapes of the room to be cooled can easily be represented. The downside was however, so far that the parts designed as a heat exchanger in the form and Arrangement could only ever be optimally adapted for one purpose, while they were useful for other purposes, but the performance possibilities given themselves not fully exhausted. So are z. B. the favorable ratios in terms of number, Arrangement and shape of the cooling fins shown in Fig. 1 on the heat-emitting Heat exchangers depend on oh the heat to a gaseous or liquid Medium is dispensed. It is also important whether this medium has a forced circulation or only follows natural convection. But there is still a whole range of other things of parameters are conceivable, some of which are completely independent of one another however, the design of the heat exchanger has a certain influence.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrothermisches Kühlelement, bestehend aus zwei Thermoelementschenkeln und drei Wärmeleitkörpern, bei dem ein oder mehrere Wärmeleitkörper in ihrem einen Teil als Wärmeaustauscher ausgebildet sind und mit ihrem anderen Teil zur Kontaktierung der Thermoelementschenkel dienen. Nach der Erfindung sind die beiden Teile der Wärmeleitkörper mechanisch geteilt und lösbar miteinander verbunden.The invention relates to an electrothermal cooling element, consisting from two thermocouple legs and three heat conductors, in which one or more Heat conducting bodies are designed in one part as a heat exchanger and with their other part is used to contact the thermocouple legs. After Invention, the two parts of the heat conducting body are mechanically divided and detachable connected with each other.

Damit ist allgemein die Möglichkeit gegeben, dem als Wärmeaustauscher dienenden Teil des Wärmeleitkörpers stets diejenige Form zu geben, die dem vorgesehenen Verwendungszweck am besten entspricht, Dadurch wird die Verwendbarkeit der thermoelektrischen Kühlung noch wesentlich erweitert. Es wird auch in einfacher Weise eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse sowohl an den kalten wie an den warmen Wärmeaustauschern ermöglicht.This generally gives the option of using it as a heat exchanger Serving part of the heat conducting body always give the shape that the intended Intended use best corresponds, This will increase the usability of the thermoelectric Cooling significantly expanded. It also becomes an adjustment in a simple manner to the respective conditions on both the cold and the warm heat exchangers enables.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einem elektrothermischen Kühlelement nach der Erfindung in teilweise schematischer Form dargestellt. Die Enden der Thermoelementschenkel sind mit 12 und 13 bezeichnet. Der als Wärmeaustauscher dienende Teil 14 des Wärmeleitkörpers ist mit einem Ansatz 15 in eine Ausnehmung 16 des der Kontaktierung der Schenkel 12 und 13 dienenden Teiles 17 des Wärmeleitkörpers eingesetzt.In Fig. 2 is a detail from an electrothermal cooling element according to the invention shown in partially schematic form. The ends of the thermocouple legs are designated by 12 and 13. Serving as a heat exchanger part 14 of the heat conducting body is with a shoulder 15 in a recess 16 of the contacting of the legs 12 and 13 serving part 17 of the heat conducting body used.

Um die durch die lösbare Verbindung bewirkte Erhöhung des Wärmewiderstandes möglichst klein zu halten, ist es von Vorteil, der lösbaren Verbindung die Form einer Schliffverbindung zu geben, weil dadurch eine besonders innige Berührung der wärmeübertragenden Flächen gewährleistet ist.About the increase in thermal resistance caused by the detachable connection To keep it as small as possible, it is advantageous to give the detachable connection the shape to give a ground joint because it creates a particularly intimate touch of the heat-transferring surfaces is guaranteed.

Mit besonderem Vorteil wird die Schliffverbindung aus dem gleichen Grunde konisch ausgebildet. Dabei wird ein besonders guter Wärmeübergang noch dadurch erzielt, daß der Außenkonus parallel zur Konusachse geschlitzt ist. Für besondere Ausführungsformen kann es von Vorteil sein, die lösbare Verbindung durch besondere Mittel zu halten.The ground joint is made from the same with particular advantage Basically conical. A particularly good heat transfer is thereby achieved achieved that the outer cone is slotted parallel to the cone axis. For special Embodiments, it can be of advantage, the releasable connection by special Hold funds.

Zur weiteren Verbesserung des Wärmeüberganges wird mit Vorteil in die Trennfuge der Verbindung 01 oder Fett, insbesondere Silikonöl oder -fett, eingefügt.To further improve the heat transfer, it is advantageous to insert the connection 01 or grease, in particular silicone oil or grease, into the parting line.

Weiterhin ist durch die Lehre der Erfindung die :Möglichkeit gegeben, durch Einfügen einer gut wärmeleitenden, elektrisch aber isolierenden Schicht den Wärmeaustauscher nach Bedarf elektrisch von dem Kühlelement zu trennen.Furthermore, the teaching of the invention provides the following: by inserting a highly thermally conductive, but electrically insulating layer To electrically separate the heat exchanger from the cooling element as required.

Eine besonders bewährte Ausführungsfortn des Gegenstandes der Erfindung ist in zum Teil schematischer Darstellung in Fig.3 wiedergegeben. Die Verbindung hat die Form eines konischen Schliffes 18, wobei der Außenkonus 19, wie in Fig. 4 dargestellt, mit achsenparallelen Schlitzen 20 versehen ist. Der Wärmeaustauscher 21 ist mit einer Schraube 22, die in ein Gewinde 23 eingreift, festgelegt, wodurch ein besonders guter Sitz der konischen Schliffe ineinander gewährleistet ist. Die Schraube 22 ist durch eine Bohrung 24 in dem Wärmeaustauscher 21 zugänglich. Zwecks Aufnahme thermischer Verspannungen kann unter den Kopf der Schraube 22 noch eine federnde Unterlagsscheibe vorgesehen werden.A particularly tried and tested embodiment of the subject matter of the invention is partly schematic Representation reproduced in Fig.3. The connection has the shape of a conical cut 18, the outer cone 19, as shown in FIG. 4, is provided with axially parallel slots 20. The heat exchanger 21 is fixed with a screw 22 which engages in a thread 23, whereby a particularly good fit of the conical cuts in one another is guaranteed. the Screw 22 is accessible through a bore 24 in the heat exchanger 21. For the purpose of Thermal stresses can be absorbed under the head of the screw 22 resilient washer are provided.

Der Gegenstand nach der Lehre der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß zwischen die beiden Teile des Wärmeleitkörpers nach Bedarf Zwischenstücke eingefügt werden können, die z. B. der elektrischen Kontaktierung oder Meßzwecken dienen können. So ist in Fig. 5 zwischen die Teile 25 und 26 ein Zwischenstück 27 eingesetzt, das mit einer Bohrung 28 versehen ist. In die Bohrung 28 kann z. B. zwecks Temperaturmessung ein Thermoelement eingesetzt werden. Auf diese Weise kann bei Versuchsanordnungen ohne Schwierigkeiten an allen Wärmeleitkörpern die Temperatur gemessen werden. Der Wärmeaustauscher 26 ist in Fig. 5 in einer von der Kammform abweichenden Form dargestellt worden, die z. B. bei der Kühlung besonders kleiner Räume Verwendung finden kann.The object according to the teaching of the invention has the further advantage that inserted between the two parts of the heat conducting body as needed intermediate pieces can be that z. B. can be used for electrical contacting or measurement purposes. Thus, in Fig. 5, an intermediate piece 27 is inserted between the parts 25 and 26, which is provided with a bore 28. In the bore 28, for. B. for temperature measurement a thermocouple can be used. This can be used for experimental set-ups The temperature can be measured without difficulty on all heat conductors. Of the Heat exchanger 26 is shown in FIG. 5 in a form deviating from the comb shape been, the z. B. can be used for cooling particularly small rooms.

Um die Verbindung der beiden Teile räumlich zueinander festzulegen, empfiehlt es sich, wie z. B. in Fig. 6 und 7 dargestellt, Mittel vorzusehen, wie Falze, Nuten oder Anschläge, die die Lage der Teile des Wärmeleitkörpers zueinander bestimmen. In Fig. 6 und 7 ist z. B. die Stirnseite einer Ausnehmung dargestellt, wie sie in Fig.2 mit 16 bezeichnet ist. Besitzt der in Fig.2 mit 15 bezeichnete Zapfen entsprechende Nasen, so greifen diese in die Nuten 29 bzw. 30 nach Fig. 6 und 7 und legen so die Orientierung der einzelnen Teile gegeneinander fest. ' Wenn von einer elektrischen Isolierung der Teile des Wärmeleitkörpers abgesehen werden kann, ist es in vielen Fällen vorteilhaft, die Teile gegeneinander mit einem niedrigschmelzenden Lot festzulegen. Dabei wird das Lot so gewählt, daß sein Schmelzpunkt über der maximalen Arbeitstemperatur des Wärmeleitkörpers liegt, oder in jedem Falle so niedrig, daß die Lötverbindung zwischen den Wärmeleitkörpern und den Schenkeln bei Auswechslung des Wärtneaustauschers nicht beeinträchtigt wird.To spatially define the connection between the two parts, it is recommended, such as B. shown in Fig. 6 and 7 to provide means such as Folds, grooves or stops that position the parts of the heat conducting body with respect to one another determine. In Figs. 6 and 7, for. B. the face of a recess is shown, as indicated by 16 in FIG. Has the designated 15 in FIG Lugs corresponding to pegs, then these engage in the grooves 29 or 30 according to FIG. 6 and 7 and thus determine the orientation of the individual parts with respect to one another. ' If electrical insulation of the parts of the heat conducting body can be dispensed with In many cases it is advantageous to place the parts against each other with a low-melting point To set the plumb bob. The solder is chosen so that its melting point is above the maximum Working temperature of the heat conducting body is, or in any case so low that the soldered connection between the heat conductors and the legs when exchanged of the outside exchanger is not impaired.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrothermal cooling element, consisting of two thermocouple legs and three heat conductors, in which one or more Heat conducting bodies are designed in one part as a heat exchanger and with serve their other part for contacting the thermocouple legs, thereby characterized in that the two parts of the heat conducting body are mechanically divided and are releasably connected to each other.

2. Cooling element according to claim 1, characterized in that that the connection has the form of a ground joint.

3. Electrothermal Cooling element according to claim 2, characterized in that the ground joint is conical is.

4. Electrothermal cooling element according to claim 3, characterized in that that the outer cone is slotted parallel to the cone axis.

5. Electrothermal Cooling element according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the connection is held by special holding means.

6. Electrothermal Cooling element according to Claim 1 or one of the following, characterized in that between the two parts a highly thermally conductive and electrically insulating layer is inserted.

7. Electrothermal cooling element according to claim 1 or one of the following, characterized in that the connection as a conical ground joint is formed and is held by a screw that is axial with the cone.

8. Electrothermal Cooling element according to claim 7, characterized in that under the screw head a resilient washer is located.

9. Electrothermal cooling element according to claim 1 or one of the following, characterized in that? Means, #% vie folds, grooves or attacks. are provided that the position of the parts of the "'sleeve to each other determine.

10. Electrothermal cooling element according to claim 1 or one of the following, characterized in that in the connection between the two parts a z. B. the electrical contact or Lleßzwecken serving intermediate piece inserted is.

11. Electrothermal hühlelelnent according to Nilspruch 1 or one of the following, characterized in that the connection is defined finitely by a low-melting solder is.

12. Electrothermal cooling element according to claim 1 or one of the following, characterized in that oils or fats, in particular silicone oils, are used in the compound or fats.