DE1098968B - Anordnung zur Energieversorgung thermoelektrisch betriebener Kuehlgeraete - Google Patents

Description

Dieheute vorliegenden Erkenntnisse und Erfahrungen auf dem Gebiete der thermoelektrischen Kühlung unter Ausnutzung des Peltier-Effektes, insbesondere die Entwicklung neuer Thermoelemente mit hohen Thermokräften, lassen es als zweckmäßig erscheinen, insbesondere für kleinere Kühlbehälter und ähnliche Geräte dieses Prinzip zur Erzeugung der erforderlichen Kälteleistung anzuwenden. Als praktische Anwendungsfälle seien hier beispielsweise genannt kleine Kühlboxen oder -kofier für Reise und Camping, Kleinklimageräte, insbesondere Luftentfeuchter für Schiffskabinen, Schlafwagenabteile u. dgl. mehr.

Bei dem hohen Strombedarf und den niedrigen Betriebsspannungen, welche die bei thermoelektrischem Betrieb zu verwendenden Halbleiterelemente benötigen, bereitet jedoch die Frage der Stromversorgung gewisse Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und ein thermoelektrisch betriebenes Kleinkühlgerät zu schaffen, das aus einer vorhandenen Batterie, z. B. einer Autobatterie, gespeist werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß die Zahl der für ein Kühlgerät der genannten Arten zu verwendenden Thermoelemente so gewählt ist und daß die einzelnen Thermoelemente dabei so bemessen sind, daß ihre Gesamtbetriebsspannung entweder der Spannung von einer Zelle oder von mehreren Zellen der Batterie entspricht, und daß mit Hilfe eines zeit- oder spannungsabhängig gesteuerten Umschalters die Thermoelemente nacheinander auf die verschiedenen Zellen der Batterie geschaltet werden.

Ist die Zahl der benötigten Thermoelemente auf Grund der geforderten Kälteleistung größer, so daß ihre Gesamtspannung nicht einer Zellenspannung entspricht, so kann man sinngemäß auch die Thermoelemente gruppenweise so zusammenfassen, daß die Betriebsspannung für eine Gruppe von Thermoelementen der Klemmenspannung einer Batteriezelle entspricht und dann die Gruppen auf die verschiedenen Zellen in entsprechenden Zeitabständen umschalten. Durch diese Maßnahmen ist gewährleistet, daß die Batterie trotz der verhältnismäßig hohen Stromentnahme nicht unzulässig entladen wird und daß vor allem die einzelnen Zellen möglichst gleichmäßig beansprucht werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der bei Batterien höherer Spannung und bei Speisung aus dem Wechselstromnetz erforderliche hohe Aufwand zur Schaffung der benötigten kleinen Betriebsgleichspannungen, wie Zerhacker, Transformator und Gleichrichter, in Fortfall kommt und durch einen insbesondere bei kleinen Batterien verhältnismäßig einfachen Zellenschalter ersetzt werden kann, zu dem lediglich noch ein Steuerrelais tritt.

Anordnung zur Energieversorgung thermoelektrisch betriebener Kühlgeräte

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Günter Dunkel, Kassel, ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. Als Beispiel wurde eine kleine Kühlbox gewählt, bei der eine Anzahl von Thermoelementen zur Erzeugung der erforderlichen Kälteleistung dient, die ihrerseits die zum Betrieb benötigte Energie aus einer Autobatterie beziehen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Energieversorgung ist in der Abbildung schematisch'dargestellt.

In dieser Abbildung ist mitl die Kühlbox mit isolierten Wänden 2 und mit einem Klappdeckel 3 bezeichnet. In der Rückwand ist eine Anzahl von Thermoelementenpaaren 4 angeordnet, deren kalte Lötstellen mit im Innenraum der Box angeordneten Wärmeaustauschflachen 5, und deren warme Lötstellen mit außen auf der Gehäuserückseite angeordneten Wärmeaustauschflächen 6 verbunden sind. Auf dieser Seite sind die einzelnen Thermoelementenpaare, wie bei 7 angedeutet, auch elektrisch in Reihe geschaltet. Diese Thermoelemente werden aus einer Batterie 8 gespeist, und zwar über ein Zusatzgerät 9, enthaltend einen zweipoligen Mehrfachumschalter 10, dessen Antrieb 11 und ein Steuergerät 12 für den Antrieb. Durch den Mehrfachumschalter wird erfindungsgemäß jeweils eine Zelle der Batterie an die Thermoelementenkette gelegt, wobei der Umschalter von Zeit zu Zeit selbsttätig weitergeschaltet wird, so daß nacheinander sämtliche Zellen der Batterie zur Speisung der Thermoelementenkette herangezogen werden.

Als Mehrfachumschalter kann ein Zellenschalter an sich bekannter Art verwendet werden oder ein Schrittschaltwerk, das mit entsprechenden Kontakten für die zu übertragenden hohen Stromstärken ausgerüstet ist, oder es kann auch eine geeignet ausgerüstete Relaiskette für die Umschaltung der Zellen dienen. Je nach

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dem verwendeten Umschalter typ kann der Antrieb hierfür motorisch oder elektromagnetisch sein. Gesteuert wird der Antrieb zweckmäßig durch ein Steuergerät St, das z. B. ein Zeitrelais sein kann, das in bestimmten Zeitabständen einen Schaltimpuls auf den Antrieb des Umschalters gibt und damit diesen auf die nächste Zelle weiterschaltet. Das Steuergerät kann aber auch als Spannungsüberwachungsgerät ausgebildet sein, das die Zellenspannung überwacht und bei Unterschreiten der zulässigen Mindestspannung die Weiterschaltung be- ίο wirkt.

Selbstverständlich kann man auch, falls der Aufwand wirtschaftlich gerechtfertigt ist, das Steuergerät sowohl zeit- als auch spannungsabhängig ausbilden. In der Abbildung ist das Steuergerät als Zeitrelais dargestellt, das seine Betriebsspannung aus der gleichen Batterie bezieht. Es ist aber auch möglich, ein rein mechanisches Zeitschaltglied, z. B. einen uhrwerksgesteuerten Schalter, zu verwenden, der selbsttätig in vorbestimmten Zeitabständen, die nach der Kapazität der Batteriezahlen zu wählen sind, die Fortschaltung des Umschalters bewirkt.

Das Umsteuergerät mit seinem Antrieb und der Steuerung wird zweckmäßig zu einem in sich geschlossenen Gerät zusammengebaut und vorteilhaft in unmittelbarer Nähe der Batterie angeordnet, um möglichst kurze Verbindungsleitungen zwischen Batterie und Umschalter zu erhalten. Da bei den niedrigen Betriebsspannungen der Thermoelemente Leitungsverluste und Übergangswiderstände ins Gewicht fallen können, sind diese zweckmäßig bei der Berechnung der Thermoelementenzahl und ihrer Dimensionierung, d.h. der Anpassung der gesamten Thermoelementenkette an die Zellenspannung, zu berücksichtigen.

Die vorstehend beschriebene Energieversorgung für ein thermoelektrisches Kleinkühlgerät für Reise und Camping ist, wie bereits eingangs erwähnt, auch für zahlreiche andere Anwendungsfälle gut geeignet. So ist es z. B. bereits bekannt, Kleinklimageräte bzw. Luftentfeuchter thermoelektrisch zu betreiben. Die Erfindung ermöglicht es, solche Geräte mit geringstem Aufwand zur Klimatisierung von Schiffskabinen oder Schlafwagenkabinen einzusetzen, indem man die vorhandene Bordbatterie bzw. die Speicherbatterie der Fahrzeugbeleuchtungsanlage in der vorstehend beschriebenen Weise zur Energieversorgung der entsprechend bemessenen Thermoelemente heranzieht.

Bei größeren Schiffen mit einer Bordbatterie von beispielsweise 220 V, die gegebenenfalls auch in größerer Entfernung von den zu klimatisierenden Kabinen liegt, kann man zur Vermeidung langer Zuleitungen, die wegen der Betriebsstromstärken starke Querschnitte haben müßten, auch einen Teil der Batteriespannung abgreifen und einer in der Nähe der Kabinen angeordneten Pufferbatterie entsprechender Spannung zuführen, von deren Einzelzellen dann gemäß der Erfindung die Betriebsspannungen für die Kleinklimageräte der Kabinen abgenommen werden. Diese Pufferbatterie wird dabei ständig aus der Hauptbatterie geladen, wobei die Verbindungsleitungen lediglich der erforderlichen Ladestromstärke angepaßt sein müssen.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Energieversorgung thermoelektrisch betriebener Kühlgeräte u. dgl. aus einer vorhandenen Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der für das betreffende Gerät zu verwendenden Thermoelemente so gewählt ist und daß die einzelnen Thermoelemente so bemessen sind, daß ihre Gesamtbetriebsspannung entweder der Spannung von einer Zelle oder von mehreren Zellen der Batterie entspricht, und daß mit Hilfe eines zeit- und/oder spannungsabhängig gesteuerten Umschalters die Thermoelemente nacheinander auf die verschiedenen Zellen der Batterie geschaltet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer größeren Zahl von Thermoelementen diese derart zu Gruppen zusammengefaßt sind, daß die Betriebsspannung für eine Gruppe von Thermoelementen der Klemmspannung einer Zelle der Batterie angepaßt ist,

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschalter entweder ein Zellenschalter an sich bekannter Art oder ein Schrittschaltwerk dient.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Umschalter eine Relaiskette dient.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter in Abhängigkeit vom Steuergerät elektromagnetisch oder elektromotorisch schrittweise fortgeschaltet wird.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter durch ein elektrisches oder mechanisches Zeitschaltwerk gesteuert wird.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem und das Steuergerät für das Schaltwerk aus dergleichen Batterie gespeist werden, die für die Speisung der Thermoelemente verwendet wird.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter, sein Antrieb und das Steuergerät zu einem in sich geschlossenen Gerät zusammengefaßt sind, das vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Batterie angeordnet ist.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, in Anwendung auf Kleinklimageräte für die Klimatisierung von Schiffskabinen, die aus der Bordbatterie gespeist werden, gekennzeichnet durch eine von der Hauptbatterie ständig geladene Pufferbatterie geeigneter Teilspannung als Stromquelle für elektrothermische Klimageräte.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 760 240.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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