DE1098968B

DE1098968B - Arrangement for the energy supply of thermoelectrically operated cooling units

Info

Publication number: DE1098968B
Application number: DEL34006A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dunkel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-08-20
Filing date: 1959-08-20
Publication date: 1961-02-09
Also published as: GB891104A

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.The knowledge and experience available today in the field of thermoelectric cooling using the Peltier effect, in particular the Development of new thermocouples with high thermal forces make it appear useful, in particular for smaller cooling containers and similar devices this principle to generate the required cooling capacity apply. Small cool boxes, for example, are mentioned here as practical applications or -cofier for travel and camping, small air conditioning units, especially dehumidifiers for ship cabins, Sleeping car compartments and the like.

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.With the high power consumption and the low operating voltages that are required for thermoelectric Operation need to use semiconductor elements, however, the question of power supply prepares certain Trouble.

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.The invention is based on the object of eliminating these difficulties and a thermoelectrically to create operated small cooling device, which from an existing battery, z. B. a car battery can be.

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.According to the invention, this object is achieved in such a way that the number of for a refrigerator of said Types of thermocouples to be used is selected and that the individual thermocouples are dimensioned in this way are that their total operating voltage is either the voltage of one cell or of several Cells of the battery corresponds, and that with the help of a time or voltage-controlled switch the thermocouples are switched one after the other to the different cells of the battery.

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.If the number of thermocouples required is greater due to the required cooling capacity, so that If their total voltage does not correspond to a cell voltage, you can also use the thermocouples accordingly summarize in groups so that the operating voltage for a group of thermocouples corresponds to the terminal voltage of a battery cell and then the groups on the different cells in toggle corresponding time intervals. These measures ensure that the battery despite the relatively high current consumption is not unacceptably discharged and that especially the individual Cells are stressed as evenly as possible.

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.Another advantage of the invention is that the higher voltage in batteries and when powered high effort required from the AC network to create the required low operating DC voltages, like chopper, transformer and rectifier, in discontinuation comes and through one especially with small batteries, relatively simple cell switches can be replaced to the only one control relay still kicks in.

Anordnung zur Energieversorgung thermoelektrisch betriebener KühlgeräteArrangement for the energy supply of thermoelectrically operated cooling devices

Anmelder:Applicant:

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

Günter Dunkel, Kassel, ist als Erfinder genannt wordenGünter Dunkel, Kassel, has been named as the inventor

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 the following, the invention will be based on an exemplary embodiment are described in more detail. As an example, a small cool box was chosen with one Number of thermocouples is used to generate the required cooling capacity, which in turn is used for the Obtain the energy required for operation from a car battery. The inventive design of the energy supply is shown schematically in the figure.

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.In this picture, the cool box is insulated with Walls 2 and labeled with a hinged cover 3. In the back wall are a number of pairs of thermocouples 4 arranged, the cold soldering points with heat exchange surfaces arranged in the interior of the box 5, and their warm soldering points with heat exchange surfaces arranged on the outside of the rear of the housing 6 are connected. On this side are the individual thermocouple pairs, as indicated at 7, also connected electrically in series. These thermocouples are fed from a battery 8, namely via an additional device 9, containing a two-pole multiple changeover switch 10, its drive 11 and a Control unit 12 for the drive. According to the invention, the multiple changeover switch creates one cell at a time the battery is placed on the thermocouple chain, the switch automatically switching from time to time so that one after the other all cells of the battery to power the thermocouple chain can be used.

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 nachA cell switch of a type known per se can be used as a multiple changeover switch or a step-by-step switch, which is equipped with appropriate contacts for the high currents to be transmitted, or a suitably equipped relay chain can also be used to switch the cells. Depending on

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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.Depending on the type of switch used, the drive can be motor-driven or electromagnetic. The drive is controlled appropriately by a control unit St, the z. B. can be a timing relay that gives a switching pulse to the drive of the changeover switch at certain time intervals and thus switches it on to the next cell. The control device can, however, also be designed as a voltage monitoring device that monitors the cell voltage and, if the voltage falls below the permissible minimum, effects the further switching.

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.Of course you can also, if the effort is economically justified, the control unit both Train time and voltage dependent. In the figure, the control unit is shown as a time relay, which draws its operating voltage from the same battery. But it is also possible to have a pure mechanical timer, e.g. B. to use a clockwork-controlled switch that automatically switches to predetermined time intervals, which are to be selected according to the capacity of the number of batteries of the switch causes.

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.The reversing device with its drive and control is expediently a self-contained one Device assembled and advantageously arranged in the immediate vicinity of the battery, as possible short connecting lines between the battery and the switch. As with the low operating voltages of the thermocouples, line losses and contact resistances can be significant, these are useful in the calculation the number of thermocouples and their dimensions, i.e. the adaptation of the entire thermocouple chain to the cell voltage.

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.The energy supply described above for a small thermoelectric cooling device for travel and As already mentioned, camping is also well suited for numerous other applications. So is it z. B. already known, small air conditioning units or dehumidifiers to operate thermoelectrically. The invention makes it possible to use such devices with very little Effort to use the air conditioning of ship cabins or sleeping car cabins by using the existing Board battery or the storage battery of the vehicle lighting system in the one described above Way to supply energy to the appropriately sized thermocouples.

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.For larger ships with an on-board battery of, for example, 220 V, which may also be used in larger ones Distance from the cabins to be air-conditioned, you can avoid long supply lines, which would have to have large cross-sections because of the operating currents, including part of the battery voltage tap and feed the appropriate voltage to a buffer battery located near the cabins, of their individual cells then according to the invention the operating voltages for the small air conditioning units of the cabins. This backup battery is continuously charged from the main battery, the connecting lines only need to be adapted to the required charging current.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for the energy supply of thermoelectrically operated cooling devices and the like existing battery, characterized in that the number to be used for the device in question Thermocouples is chosen and that the individual thermocouples are dimensioned so that their total operating voltage corresponds to either the voltage of one cell or of several cells of the Battery corresponds, and that with the help of a time and / or voltage-controlled switch the thermocouples are switched one after the other to the different cells of the battery.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that with a larger number of Thermocouples are grouped together in such a way that the operating voltage for one Group of thermocouples is adapted to the terminal voltage of a cell of the battery,

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that either as a changeover switch a cell switch of a type known per se or a stepping mechanism is used.

4. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that a switch as a Relay chain is used.

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the changeover switch as a function incrementally advanced by the control unit electromagnetically or by an electric motor will.

6. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the switch by an electrical or mechanical timer is controlled.

7. Arrangement according to claims 1 to 6, characterized in that the drive system and the control unit for the switchgear can be fed from the same battery that is used to power the Thermocouple is used.

8. Arrangement according to claims 1 to 7, characterized in that the switch, be Drive and the control unit are combined into a self-contained device, which is preferably is arranged in the immediate vicinity of the battery.

9. Arrangement according to claims 1 to 8, in application to small air conditioning units for air conditioning of ship cabins that are fed from the on-board battery, characterized by a backup battery with a suitable partial voltage as a power source, constantly charged by the main battery for electrothermal air conditioners.

Considered publications:
German utility model No. 1 760 240.

1 sheet of drawings