DE1272941B - Cooling device equipped with an electrothermal cooling unit - Google Patents
Cooling device equipped with an electrothermal cooling unitInfo
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Description
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15. Juli 1963July 15, 1963
18. Juli 1968July 18, 1968
Die zur Zeit im Betrieb erzielbaren Temperaturdifferenzen beiPeltierelementen sind nicht allzu groß. Dabei muß außerdem bedacht werden, daß von dieser Differenz auch ein relativ großer Anteil (etwa 30%) für die Wärmeabgabe aufgewendet werden muß.The temperature differences that can currently be achieved in operation for Peltier elements are not too great. It must also be taken into account that a relatively large proportion of this difference (e.g. 30%) has to be used for heat dissipation.
Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät, das mit einem in der Wand des Gerätes angeordneten elektrothermischen Kühlaggregat ausgerüstet ist, wobei mindestens die die Isolation nach außen wasserdampfdicht abschließende Haut (Außenhaut) aus gut wärmeleitendem Material besteht und als Wärmeaustauscher dient. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeaustausch der warmen Seite des thermoelektrischen Aggregates mit der Umgebung so zu beeinflüssen, daß die für diesen Austausch erforderliche Temperaturdifferenz gegenüber bekannten Anordnungen merklich verringert wird. Zur Senkung der genannten Temperaturdifferenz ist zunächst bekannt, die als Wärmeaustauscher dienende Fläche mit Kühlrippen zu versehen. Über die Nachteile solcher Anordnungen braucht an dieser Stelle nichts mehr gesagt zu werden, da sie hinreichend bekannt sind. Es ist ferner bekannt, bei einem insbesondere als Getränkekühler dienenden Gerät ein in üblicher Weise mit Kühlrippen versehenes elektrothermisches Kühlaggregat mit einer metallischen Schutzhülle zu versehen. The invention relates to a cooling device, which is arranged in the wall of the device with an electrothermal Cooling unit is equipped, with at least the insulation to the outside water vapor-tight The final skin (outer skin) consists of a material that conducts heat well and acts as a heat exchanger serves. The invention is based on the object of the heat exchange of the warm side of the thermoelectric To influence aggregate with the environment in such a way that the necessary for this exchange Temperature difference compared to known arrangements is noticeably reduced. To lower the The above-mentioned temperature difference is initially known, the surface serving as a heat exchanger with cooling fins to provide. Nothing more needs to be said at this point about the disadvantages of such arrangements as they are well known. It is also known in particular as a beverage cooler serving device an electrothermal cooling unit provided in the usual way with cooling fins to be provided with a metallic protective cover.
Gemäß der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe, die für den Wärmeaustausch mit der Umgebung erforderliche Temperaturdifferenz abzusenken, dadurch gelöst, daß die Außenhaut in einem geringen Abstand von einer zweiten metallischen Hülle umgeben ist, die mindestens teilweise das Gerätegehäuse bildet und mit der Außenhaut derart gut wärmeleitend verbunden ist, daß der von der Außenhaut und von der metallischen Hülle umschlossene Raum an seiner Unter- und Oberseite mit Luftein- und Luftaustrittsöffnungen versehen ist. Auf diese Weise wird sowohl die äußere als auch die innere Oberfläche der zusätzlichen metallischen Hülle am Wärmeaustausch beteiligt, die wirksame Fläche dieses Körpers also verdoppelt, ohne daß die glatte, von Kühlrippen freie äußere Fläche des Gerätes aufgegeben werden muß. Diese Vergrößerung der Austauschoberfläche hat entweder zur Folge, daß die an der Isolierung liegende Temperaturdifferenz verringert wird, so daß bei gleicher Leistung des Gerätes die Isolierung dünnwandiger ausgeführt werden kann, oder daß mindestens die gleiche Temperaturdifferenz ohne die Notwendigkeit von Kühlrippen bewirkt wird.According to the invention, the aforementioned object is that for the heat exchange with the environment Lower the required temperature difference, solved in that the outer skin in a small Distance is surrounded by a second metallic shell, which is at least partially the device housing forms and is connected to the outer skin such that it conducts heat so well that that of the outer skin and space enclosed by the metallic shell at its bottom and top with air inlet and air outlet openings is provided. In this way becomes both the external and the internal Surface of the additional metallic shell involved in the heat exchange, the effective surface of this Body doubled without giving up the smooth outer surface of the device, which is free of cooling fins must become. This enlargement of the exchange surface either has the consequence that the Insulation lying temperature difference is reduced, so that with the same performance of the device Insulation can be made thinner, or that at least the same temperature difference is effected without the need for cooling fins.
Mit einem elektrothermischen Kühlaggregat
ausgerüstetes KühlgerätWith an electrothermal cooling unit
equipped refrigerator
Anmelder:Applicant:
Siemens-ElectrogeräteSiemens electrical appliances
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,Company with limited liability,
Berlin und München,Berlin and Munich,
8000 München 2, Prannerstr. 88000 Munich 2, Prannerstr. 8th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Heinz Müller, 8520 ErlangenDr. Heinz Müller, 8520 Erlangen, Germany
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man die Außenhaut der Isolierung und die mindestens teilweise als Gerätegehäuse dienende metallische Hülle vorteilhafterweise zu einer Doppelwand zusammenfassen. Dabei kann man die Doppelwand so ausbilden, daß ihr oberer horizontal verlaufender Verbindungsteil mit der Außenseite des Gerätedeckels in einer Ebene zu liegen kommt, um eine möglichst glatte äußere Fläche zu gewährleisten. Da die im Inneren der Doppelwand geführte Luft zwei unterschiedlich temperierte Körper zu kühlen hat (Außenhaut und äußere metallisch^ Hülle), kann man im Innenraum der Doppelwand Lüftleitvorriehtungen vorsehen, die dafür sorgen, daß der aufsteigende Kühlluftstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine an der wärmeren Außenhaut entlanggeführt wird, während der andere zur Kühlung der inneren Oberfläche der metallischen Hülle dient.In a further embodiment of the invention, the outer skin of the insulation and the at least In some cases serving as a device housing metallic shell advantageously combine to form a double wall. The double wall can be designed in such a way that its upper one runs horizontally Connecting part with the outside of the device cover comes to lie in one plane to make a possible ensure smooth outer surface. Because the air guided inside the double wall is two different has to cool temperature-controlled bodies (outer skin and outer metallic shell), one can use the Provide interior of the double wall Lüftleitvorriehtungen that ensure that the ascending Cooling air flow is divided into two partial flows, one of which is guided along the warmer outer skin while the other is used to cool the inner surface of the metallic shell.
Bei Kühlgeräten, die mit mindestens zwei Peltieraggregaten ausgerüstet sind, wird man die beiden Aggregate in gegenüberliegenden Seitenwänden des Gerätes anordnen. Auf diese Weise ordnet man mit Sicherheit jedem der Aggregate die Hälfte der äußeren metallischen Teile des Gerätes zu. Man erzielt ferner durch diese Anordnung den Vorteil, daß an den Seitenwänden des Gerätes, denen kein Peltieraggregat zugeordnet ist, Netzgeräteteile vorgesehen werden können, ohne daß die von diesen Geräteteilen verursachten Warmluftströme die Wärmeabgabe der Peltieraggregate nennenswert beeinflussen.In the case of cooling devices that are equipped with at least two Peltier units, one becomes the two Arrange the units in opposite side walls of the device. In this way you co-ordinate Safety to each of the aggregates to half of the outer metallic parts of the device. One achieves This arrangement also has the advantage that there is no Peltier unit on the side walls of the device is assigned, power supply parts can be provided without the loss of these parts The warm air currents caused have a noticeable effect on the heat dissipation of the Peltier units.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung und zum Vergleich eine bekannte Ausführung schematisch dargestellt. Darin zeigtThe drawing shows exemplary embodiments of the invention and, for comparison, a known embodiment shown schematically. In it shows
F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine bekannte mit zwei einstufigen Peltieraggregaten ausgerüstete Truhe,F i g. 1 shows a vertical section through a known one equipped with two single-stage Peltier units Chest,
809 570/91809 570/91
3 43 4
F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch eine ahn- 21 ausgebildet. Diese Doppelwand wird auf ihrer liehe Truhe, bei der die Wärmeabfuhr von den Pel- Innenseite von dem Teil 3 und auf ihrer Außenseite tieraggregaten nach dem Vorschlag gemäß der Erfin- von dem Teil 22 begrenzt. Teil 3 übernimmt darin dung erfolgt, im wesentlichen die Funktion der wasserdampfdich-F i g. 2 shows a vertical section through an ahn- 21. This double wall is on their borrowed chest, in which the heat dissipation from the pel inside from the part 3 and on its outside animal aggregates according to the proposal according to the invention of the part 22 limited. Part 3 takes over in it is carried out, essentially the function of the water vapor
F i g. 3 einen Wärmeaustauscher bisher bekannter 5 ten Außenhaut der Isolierung, während Teil 22 für Art, eine glatte Außenfläche der Truhe sorgt und gleich-F i g. 3 a heat exchanger previously known 5 th outer skin of the insulation, while part 22 for Kind, ensures a smooth outer surface of the chest and
Fig.4 einen Wärmeaustauscher, der den Erfin- zeitig die Funktion eines Wärmeaustauschers überdungsgedanken charakterisiert, nimmt. Für die gut wärmeleitende Verbindung zwi-Fig. 4 a heat exchanger, the invention the function of a heat exchanger überungsgedanken characterizes, takes. For the good heat-conducting connection between
F i g. 4 a eine abgewandelte Ausführungsform eines sehen beiden Teilen sorgt ein Aluminiumblock 23. Sie Wärmeaustauschers nach F i g. 4, io sind ferner an ihrer Oberseite durch den horizontalF i g. 4 a a modified embodiment of one of the two parts is provided by an aluminum block 23. You Heat exchanger according to F i g. 4, io are also at their top by the horizontal
F i g. 5 a und 5 b den Vergleich der in F i g. 1 und 2 verlaufenden Teil 24 miteinander leitend verbunden, dargestellten Truhen an Hand eines Temperatur- Im Bodenbereich 7 der Truhe sind im Teil 22 Luft-Wanddicken-Diagramms und eintrittsöffnungen 25 vorgesehen, während am hori-F i g. 6 a und 6 b einen vergrößerten Ausschnitt der zontalen Teil 24 entsprechende LuftaustrittsöfEnungen F i g. 1 bzw. 2 der dargestellten Truhenwand, längs 15 26 angeordnet sind. Der Aluminiumblock 23 ist so der im Temperatur-Wanddicken-Diagramm (F i g. 5) bemessen, daß er eine unmittelbare Verbindung der der Temperaturverlauf dargestellt ist. Peltieraggregate 11 bzw. 12, der Wand 3 und der F i g. 1 zeigt eine Kühltruhe, deren Innenbehälter 2 Wand 22 darstellt. Er unterteilt also den durch die und deren Außenhaut 3 aus gut wärmeleitendem Ma- beiden Teile 3 und 22 gebildeten Innenraum der terial bestehen und die beide gleichzeitig die Funktion 20 Doppelwand 21 nicht vollständig, so daß links und eines Wärmeaustauschers innehaben. Beide Teile sind rechts davon Luft vorbeiströmen kann. Falls die Erdurch eine Schicht Isoliermaterial 4 voneinander ge- fordernisse des Wärmetransportes es verlangen, daß trennt. An den Querseitenwänden 5 befinden sich im der Aluminiumblock sich über den ganzen Quer-Raum zwischen Innenbehälter 2 und Außenhaut 3 schnitt der Wand erstrecken muß und so die Doppelzwei einstufige Peltierkühlaggregate 11 und 12. Beide 25 wand 21 in zwei abgeschlossene Bereiche unterteilt, Aggregate sind mit dem Innenbehälter 2 und der wird man im Aluminiumblock Bohrungen vorsehen, Außenhaut 3, beispielsweise durch Aluminiumblöcke, um der bei 25 eintretenden Kühlluft den Austritt bei gut wärmeleitend verbunden. Die Truhe wird durch 26 zu ermöglichen.F i g. 5 a and 5 b the comparison of the in F i g. 1 and 2 extending part 24 conductively connected to one another, Chests shown on the basis of a temperature In the floor area 7 of the chest are in part 22 air-wall thickness diagram and inlet openings 25 are provided, while at the hori-F i g. 6 a and 6 b an enlarged section of the zontal part 24 corresponding air outlet openings F i g. 1 and 2 of the chest wall shown, are arranged along 15 26. The aluminum block 23 is like this the in the temperature-wall thickness diagram (F i g. 5) measured that it is a direct connection of the the temperature profile is shown. Peltier units 11 and 12, the wall 3 and the F i g. 1 shows a freezer, the inner container 2 of which represents wall 22. So he divides the by the and its outer skin 3 made of highly thermally conductive material two parts 3 and 22 of the interior material exist and the two at the same time the function 20 double wall 21 not completely, so that left and of a heat exchanger. Both parts are to the right of which air can flow past. If the earth a layer of insulating material 4 from one another requirements of heat transport demand that separates. On the transverse side walls 5, the aluminum block is located across the entire transverse space between the inner container 2 and the outer skin 3 cut the wall must extend and so the double two single-stage Peltier cooling units 11 and 12. Both 25 wall 21 divided into two closed areas, Units are with the inner container 2 and you will provide holes in the aluminum block, Outer skin 3, for example by aluminum blocks, around the outlet of the cooling air entering at 25 connected with good thermal conductivity. The chest will allow through 26.
einen Deckel 6 verschlossen. Im unteren Bereich7 In Fig. 5b und 6b sind die Temperaturverhält-a lid 6 closed. In the lower area7 in Fig. 5b and 6b the temperature
der Truhe ist ein Stromversorgungsaggregat für die 30 nisse im einzelnen analog der Darstellung in F i g. 5a Peltierelemente untergebracht. Um eine gute Belüf- und 6a dargestellt. Ein Vergleich der F i g. 5 a und tung dieses Aggregats sicherzustellen, sind im Bo- 5b, insbesondere der beiden mit /\T bezeichneten den 8 der Truhe bzw. in den Längsseitenwänden 9 Doppelpfeile, läßt erkennen, das im Fall der durch Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen 13 bzw. 14 vor- die Erfindung vorgeschlagenen Ausführungsform der gesehen. Die Richtung der Kühlluft ist durch Pfeile 35 Kühltruhe die zur eigentlichen Kühlung zur Verfü-15 angedeutet. Die Kühlung der Peltieraggregate er- gung stehende Temperaturdifferenz wesentlich größer folgt durch die an den Querseitenwänden 5 vorbei- ist als bei bekannten Anordnungen. Die Lage der in streichende Luft (Pfeile 16). Eine Beeinflussung der der Fig. 5b angedeuteten Wärmeniveaus Tw, T1 und für die Wärmeabfuhr von den Peltieraggregaten die- TK ist gegenüber der F i g. 5 a verändert. Das hat folnenden Luft durch die warmen Teile des Netzgerätes 40 gende Gründe: Bei der Truhe gemäß der Erfindung wird dadurch weitgehend vermieden, daß die Kühl- ist die zum Wärmeaustausch mit der Umgebung vorluft für die Peltieraggregate im wesentlichen an den handene Oberfläche wesentlich größer als bei bekann-Querseitenwänden 5 entlangstreicht, während die an ten Truhen. Da für die Größe des Wärmeaustausches den Längsseitenwänden 9 aufsteigende Luft, die vom in der Zeiteinheit bei gleicher Wanddicke das Produkt Netzgerät abgegebene Wärme abführt. 45 »austauschende Fläche mal Temperaturdifferenz«the chest is a power supply unit for the 30 nisse in detail analogous to the illustration in FIG. 5a Peltier elements housed. To a good Belüf and shown 6a. A comparison of FIGS. 5 a and the direction of this unit are to be ensured in the bottom 5b, in particular the two 8 of the chest marked with / \ T or in the longitudinal side walls 9 double arrows, shows that in the case of the air inlet and outlet openings 13 or 14 before the invention proposed embodiment of the seen. The direction of the cooling air is indicated by arrows 35, which are available for actual cooling. The cooling of the Peltier units results in a temperature difference that is significantly greater than that in known arrangements. The location of the sweeping air (arrows 16). Influencing the heat levels T w , T 1 indicated in FIG. 5b and the T K for the heat dissipation from the Peltier units is compared with FIG. 5 a changed. This has the following reasons: In the case of the chest according to the invention, it is largely avoided that the cooling air for the heat exchange with the environment for the Peltier units is essentially greater than that of the surface at hand well-known transverse sidewalls 5 strokes, while the an th chests. Since air rising up the longitudinal side walls 9 for the size of the heat exchange, dissipates the heat given off by the power supply unit in the unit of time with the same wall thickness. 45 »exchanging surface times temperature difference«
In Fig. 5a ist der Temperaturverlauf in einer maßgebend ist, kann in diesem Fall die Temperatur-Querseitenwand 5 vom Innenbehälter 2 zur Außen- differenz verkleinert werden. Dadurch liegt die Temhaut 3 und in Fig. 6a der entsprechend vergrößerte peratur der warmen Seite nur noch um wenige Grade Wandquerschnitt dargestellt. Darin bedeuten TK oberhalb der Raumtemperatur. Bei Verwendung lei- und Tw die Temperaturen der kalten und warmen 50 stungsgleicher Peltieraggregate kann bei der Anord-Seiten der Peltieraggregate, T1 die Lufttemperatur im nung gemäß der Erfindung eine tiefere Temperatur Innenbehälter 2 und TR die Temperatur der Außen- auf der kalten Seite erzielt werden, die natürlich auch luft. eine Absenkung des Wertes T1 zur Folge hat.In FIG. 5a, the temperature profile is decisive, in this case the temperature transverse side wall 5 can be reduced from the inner container 2 to the outer difference. As a result, the temperature skin 3 and in Fig. 6a the correspondingly increased temperature of the warm side is only shown by a few degrees of wall cross-section. T K therein mean above room temperature. When using lei- and T w the temperatures of the cold and warm 50 equilibrium Peltier units, T 1 the air temperature in the tion according to the invention a lower temperature inner container 2 and T R the temperature of the outside on the cold Side can be achieved, which of course also runs. a lowering of the value T 1 has the consequence.
Mit dem Doppelpfeil A T ist diejenige Tempera- In den F i g. 3 und 4 ist zur weiteren Veranschau-With the double arrow A T that temperature is shown in FIG. 3 and 4 is for further demonstration
turdifferenz markiert, die für den Wärmetransport 55 lichung der Erfindung ein Wärmeaustauscher hervon der Innen- zur Außenwand der Truhe zur Ver- kömmlicher Bauart (F i g. 3) einem Wärmeaustaufügung steht. Man erkennt an Hand des Diagramms scher gemäß der Erfindung (F i g. 4) gegenübergedeutlich, daß ein beachtlicher Anteil der gesamten stellt. In beiden Fällen ist das Peltierkühlaggregat mit Temperaturdifferenz oberhalb der Raumtemperatur 31 bezeichnet. Die mit dem Peltieraggregat unmittelliegt. 60 bar verbundene Platte trägt das Bezugszeichen 32.marked turdifferenz, which for the heat transport 55 disclosure of the invention a heat exchanger the inner to the outer wall of the chest to the digestible design (Fig. 3) a heat exchange stands. It can be seen on the basis of the Scher diagram according to the invention (Fig. 4) opposite clearly, that represents a considerable proportion of the total. In both cases, the Peltier cooling unit is included Temperature difference above room temperature 31 denotes. The one in the middle with the Peltier unit. A plate connected to 60 bar has the reference number 32.
Fig. 2 zeigt eine' Kühltruhe20, die im wesent- Bei herkömmlichen Bauarten wird eine Oberflächenlichen der in F i g. 1 dargestellten entspricht. Bei dieser vergrößerung durch Aufsetzen von Rippen 33 erKühltruhe 20 erfolgt aber die Wärmeabfuhr von den reicht. Derartige Rippen beeinflussen die äußere Peltieraggregaten nach dem Vorschlag gemäß der Form eines so ausgerüsteten Gerätes nachteilig (keine Erfindung. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit 65 geschlossene Oberfläche, Schwierigkeiten bei der Reigleichen Bezugszeichen versehen. Zum Unterschied nigung). Im Gegensatz zu dieser bekannten Anordzur bekannten Kühltruhe 1 ist an jeder Querseiten- nung unterscheidet sich der neue Wärmeaustauscher wand 5 der äußere metallische Teil als Doppelwand dadurch, daß an der Platte 32 im Bereich des Wärme-Fig. 2 shows a 'freezer 20, which is essentially a surface the in F i g. 1 corresponds to shown. With this enlargement by putting on ribs 33 he freezer 20 but the heat is dissipated from the ranges. Such ribs affect the outer one Peltier units according to the proposal according to the shape of a device equipped in this way are disadvantageous (none Invention. The same parts are in both figures with a closed surface, difficulties in matching Provided with reference numerals. In contrast to the difference). In contrast to this known arrangement known freezer 1 is on each transverse side, the new heat exchanger is different wall 5 the outer metallic part as a double wall in that on the plate 32 in the area of the heat
stromes ein gut wärmeleitender Körper (beispielsweise ein Aluminiumblock 34) angeschlossen ist, der auf seiner gegenüberliegenden Seite einen ebenflächigen Wärmeaustauscher 35 trägt. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird die zum Austausch der Wärme zur Verfügung stehende Fläche, verglichen mit der Platte 32, nahezu verdreifacht. Es wird ferner erreicht, daß ein so ausgerüstetes Gerät eine glatte äußere Fläche behält, die leicht zu reinigen ist.stromes a good heat-conducting body (for example an aluminum block 34) is connected to the carries a planar heat exchanger 35 on its opposite side. With the help of this Measure is the area available for exchanging heat compared to the plate 32, almost tripled. It is also achieved that a device equipped in this way has a smooth outer surface that is easy to clean.
Selbstverständlich kann der in F i g. 4 dargestellte Wärmeaustauscher auch mit mehreren ebenflächigen Wärmeaustauschern zur weiteren Oberflächenvergrößererung versehen werden. Eine solche Ausführung zeigt Fig. 4a, die, soweit es die Teile 31, 32, 34 und 35 betrifft, mit der Ausführung in F i g. 4 identisch ist. Zusätzlich ist dieser Wärmeaustauscher aber noch mit zwei weiteren ebenflächigen Austauscherflächen 35 a und 35 b versehen, die jeweils mit den benachbarten Platten durch gut wärmeleitende Körper 34, 34 a oder 34 b verbunden sind.Of course, the one shown in FIG. 4 heat exchangers shown can also be provided with several flat heat exchangers to further increase the surface area. Such an embodiment is shown in FIG. 4a, which, as far as the parts 31, 32, 34 and 35 are concerned, with the embodiment in FIG. 4 is identical. In addition, this heat exchanger is also provided with two further planar exchanger surfaces 35 a and 35 b , which are each connected to the adjacent plates by good heat-conducting bodies 34, 34 a or 34 b .
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Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1794 244;
Zeitschrift »Kältetechnik«, H. 3, 1962, S. 79Considered publications:
German utility model No. 1794 244;
Journal "Kältetechnik", issue 3, 1962, p. 79
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R. Plank, "Handbuch der Kältetechnik", 1959,
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