DE102004035732A1

DE102004035732A1 - Kältegerät und Peltier-Kühlvorrichtung dafür

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Publication number: DE102004035732A1
Application number: DE200410035732
Authority: DE
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-03-16
Also published as: WO2006010539A2; EP1774229A2; WO2006010539A3

Abstract

Eine Peltier-Kühlvorrichtung umfasst wenigstens ein Trägerteil (1), ein Peltier-Element (17) und zwei Wärmetauscher (9, 14), die an entgegengesetzten Seiten des Trägerteils (1), das Peltier-Element (17) einklemmend, befestigt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Peltier-Kühlvorrichtung und ein Kältegerät, in welchem eine solche Kühlvorrichtung eingesetzt wird.
Ein Peltier-Element enthält zwei verschiedene elektrische Leiter, meist Halbleiter, die in einem Stromkreis in Reihe verbunden sind, wobei jeweils erste Enden der zwei Leiter miteinander und mit einem ersten Wärmebad und zweite Enden mit einem zweiten Wärmebad in Kontakt stehen. Je nach Richtung eines durch das Peltier-Element fließenden Gleichstroms wird Wärme vom ersten ins zweite Wärmebad oder umgekehrt befördert. Ein Problem bei der Kälteerzeugung mittels Peltier-Effekt ist, dass gekühlte und erwärmte Seite eines Peltier-Elements nahe beieinander liegen, und dass ein natürlicher Wärmefluss durch das Peltier-Element einer Kühlung durch Peltier-Effekt entgegenwirkt. Um diesen Wärmefluss klein zu halten, muss die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Peltierelements möglichst gering gehalten werden, und dazu ist eine sehr enge thermische Anbindung der Seiten des Peltier-Elements an die zwei Wärmebäder mit Hilfe von Wärmetauschern erforderlich. Solche Wärmetauscher sind daher üblicherweise in einer Peltier-Kühlvorrichtung enthalten.

Um den Wärmeübergang zwischen den Wärmetauschern und dem Peltier-Element möglichst effizient zu machen, ist es an sich interessant, diese Komponenten zur fertigen Kühleinrichtung vorzumontieren und als Einheit in das Gehäuse eines Kältegeräts einzubauen. Es ist dabei jedoch schwierig, die Verbindung zwischen der Peltier-Kühleinrichtung und dem Gehäuse frei von Wärmebrücken zu gestalten. Baut man hingegen die Komponenten der Peltier-Kühleinrichtung nacheinander in und an einen Durchbruch in der Gehäusewand, so kann leicht der Wärmeübergang zwischen Peltier-Element und Wärmetauschern beeinträchtigt sein, und der Wirkungsgrad des fertigen Gerätes ist schlecht.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Aufbau für eine Peltier-Kühleinrichtung bzw. ein Kältegerät anzugeben, die eine einfache Montage der Kühleinrichtung in einer Gehäusewand des Kältegeräts ermöglicht und gleichzeitig einen effizienten Wärmeübergang sicherstellt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Kältegerät nach Anspruch 19.

Um den Aufbau weiter zu vereinfachen und dabei eine gleichmäßige Klemmung des Peltier-Elements auf seiner gesamten Oberfläche zu gewährleisten, ist vorzugsweise nur ein einziges Trägerteil vorgesehen, das eine Öffnung aufweist, in der das Peltier-Element angeordnet ist.

Um einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem Peltier-Element und dem Isolationsmaterial eines Kältegerätegehäuses zu vermeiden, in den die Peltier-Kühlvorrichtung eingebaut wird, ist die das Peltier-Element aufnehmende Öffnung vorzugsweise von einer Hülse des Trägerteils umgeben. Um den thermischen Kontakt zwischen Peltier-Element und Wärmetauschern zu gewährleisten, sollte dann zweckmäßigerweise wenigstens einer der Wärmetauscher einen in die Hülse eingreifenden und das Peltier-Element berührenden Vorsprung aufweisen.

Die Hülse besteht vorzugsweise aus einem schlecht wärmeleitenden Material, um einen den Wirkungsgrad beeinträchtigenden Wärmefluss durch die Umgebung des Peltier-Elements von dessen warmer zu seiner kalten Seite zu behindern.

Vorzugsweise ist in der das Peltier-Element aufnehmenden Hülse eine Schulter gebildet; und das Peltier-Element ist in dieser Höhe in der Schulter gehalten, wobei das Peltier-Element oder der in die Hülse eingreifende Vorsprung an die Schulter anschlagen kann, um die Lage des Peltier-Elements im Innern der Hülse zu definieren.

Vorzugsweise ist diese Schulter in etwa mittig in der Hülse ausgebildet, und beide Wärmetauscher weisen einen in die Hülse eingreifenden Vorsprung in Kontakt mit dem Peltier-Element auf.

Um einen einfachen Zusammenbau der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zu ermöglichen, weist das Trägerteil vorzugsweise einen sich zwischen den Wärmetauschern im wesentlichen parallel zu den Seiten des Peltier-Elements erstreckenden Flansch auf, an welchem die Wärmetauscher verankert sind. Dabei sind die Stellen des Flansches, an denen die Wärmetauscher verankert sind, vorzugsweise. in der Ebene des Flansches voneinander entfernt. Da es kaum möglich ist, völlig zu verhindern, dass Wärme über den Flansch vom warmen zum kalten Wärmetauscher fließt, soll durch diese Anordnung der Verankerungsstellen zumindest der zurückzulegende Weg lang gemacht und dadurch der Wärmefluss begrenzt werden.

Die Verankerung der Wärmetauscher kann insbesondere erreicht werden mit Hilfe von Verankerungsstiften, wie etwa Schrauben oder Bajonettkupplungsstiften, die in an dem Flansch angeformte Befestigungshülsen eingreifen.

Um den Einbau der Peltier-Kühlvorrichtung in ein Kältegerät zu vereinfachen, sind die Befestigungshülsen für beide Wärmetauscher vorzugsweise von einer gleichen Seite des Flansches abstehend angeordnet, so dass der Flansch praktisch unmittelbar in Kontakt mit einem der Wärmetauscher stehen kann, während er von dem anderen durch einen die Befestigungshülsen aufnehmenden Zwischenraum beabstandet ist, welcher bei einer in einem Kältegerät montierten Peltier-Kühlvorrichtung eine Isolationsschicht von dessen Gehäusewand aufnehmen kann.

Eine weitere Vereinfachung des Zusammenbaus ergibt sich, wenn die Verankerungsstifte in alle Hülsen von einer gleichen Seite des Flansches her eingeführt sind, wobei dann die Verankerungsstifte, die einen auf der Einführungsseite angeordneten Wärmetauscher verankern, zunächst ohne Verankerungseingriff durch Bohrungen dieses Wärmetauschers geführt sind und mit den Befestigungshülsen in Verankerungseingriff stehen, während die den auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Wärmetauscher verankernden Verankerungsstifte zunächst ohne Verankerungseingriff durch die Befestigungshülsen geführt sind und am zweiten Wärmetauscher in Verankerungseingriff stehen.

Zweckmäßig ist in diesem Fall auch, dass der einführungsseitig angeordnete Wärmetauscher den Flansch nur zum Teil überdeckt, und dass die Befestigungshülsen, die die den anderen Wärmetauscher verankernden Verankerungsstifte aufnehmen, in einem nicht von dem einführungsseitigen Wärmetauscher überdeckten Teil des Flansches angeordnet sind. Somit bleiben diese Verankerungsstifte frei zugänglich, auch wenn der einführungsseitige Wärmetauscher montiert ist, und es ist möglich, zu Wartungs- oder Reparaturzwecken jeweils nur einen der beiden Wärmetauscher zu lösen.

Eine beträchtliche Intensivierung des Wärmeaustauschs mit dem Peltier-Element ist dadurch erreichbar, dass wenigstens einer der Wärmetauscher als ein Thermosiphon, wie aus WO99/58906 bekannt, ausgebildet ist, d.h. dass der Wärmetauscher einen Hohlraum aufweist, der ein Wärmeträgerfluid gleichzeitig in flüssiger und in gasförmiger Phase enthält. Indem das Wärmeträgerfluid an der warmen Seite des Wärmetauschers verdampft und der Dampf zur kalten Seite strömt und dort kondensiert, kann auch bei geringem Temperaturgradienten im Wärmetauscher eine hohe thermische Leistung übertragen werden. Da die Siedetemperatur des Wärmeträgerfluids von dem in dem dichten Hohlraum herrschenden Druck abhängt und dieser mit der Umgebungstemperatur variiert, ist die Transportwirkung durch Verdampfung in einem weiten Temperaturbereich nutzbar.

Um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten, sollte das Wärmeträgerfluid eine hohe Verdunstungswärme und bei den im normalen Betrieb der Kühlvorrichtung auftretenden Temperaturen einen möglichst hohen Sättigungsdampfdruck aufweisen. Andererseits erfordert ein zu hoher Sättigungsdampfdruck eine hohe Druckbelastbarkeit des Wärmetauschers, der nur mit hohen Kosten realisierbar ist, und starke Druckschwankungen im Wärmetauscher während des Betriebs, die zu Verformungen des Wärmetauschergehäuses führen können, können den wärmeleitenden Kontakt zwischen Wärmetauscher und Peltier-Element beeinträchtigen. Vorzugsweise wird daher ein Wärmeträgerfluid gewählt, das unter normalen Betriebsbedingungen einen Sättigungsdampfdruck in der Umgebung des Atmosphärendrucks, insbesondere zwischen 0,8 und 1,5 bar aufweist, bzw. dessen Sättigungsdampfdruck bei Nichtbetrieb, wenn die Vorrichtung bei einer Umgebungstemperatur von maximal 50°C gelagert wird, 5 bis 6 bar nicht überschreitet. Ein gut geeignetes Wärmeträgerfluid ist Butan.

Um die Verdampfung des Wärmeträgerfluids zu effektivieren, ist vorzugsweise eine Innenwand des Hohlraums mit einer porösen Schicht versehen, in welcher das Wärmeträgerfluid durch Kapillareffekt aufsteigt, so dass eine große Oberfläche zur Verfügung steht, auf der es verdampfen kann.

Eine solche poröse Schicht ist besonders vorteilhaft an einem an der kalten Seite des Peltier-Elements angeordneten Wärmetauscher. Hier ist die poröse Schicht zweckmäßigerweise an einer vom Peltier-Element abgewandten Innenwand des Hohlraums angebracht, durch welche Wärme in den Wärmetauscher zufließt und Wärmeträgerfluid in der porösen Schicht zum Verdampfen bringt, welches sich anschließend auf der dem Peltier-Element zugewandten, kühleren Innenwand des Hohlraums niederschlägt.

Um einen intensiven Dampfstrom von einer Seite des Hohlraums zur anderen durch Ausbildung von Konvektionszellen in dem dampfförmigen Wärmeträgerfluid zu ermöglichen, sollte der Abstand zwischen sich gegenüberliegenden Wänden des Innenraums wenigstens 9 mm, vorzugsweise zwischen 9 und 15 mm, betragen.

Das Trägerteil kann einfach und preiswert als Spritzgussteil aus Kunststoff realisiert sein.

Die oben beschriebene Peltier-Kühlvorrichtung ist in einem Kältegerät vorzugsweise so montiert, dass sich ihre Hülse durch eine Isolationsschicht des Gehäuses des Kältegeräts erstreckt, so dass einer der Wärmetauscher an einer Innenseite und der andere an einer Außenseite des Gehäuses zu liegen kommt.

Der wenigstens eine einen Hohlraum aufweisende Wärmetauscher ist dann vorzugsweise im Innenraum des Kältegeräts angeordnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer Peltier-Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung;

2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung einer Peltier-Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung;

3 eine Außenansicht des Trägerteils der Kühlvorrichtung aus 2;

4 einen Schnitt durch die Kühlvorrichtung aus 2 und eine Wand eines Kältegeräts, in dem die Kühlvorrichtung eingebaut ist;

5 eine Außenansicht eines Kältegeräts mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung; und

6 und 7 jeweils einen Schnitt durch einen äußeren Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Peltier-Kühlvorrichtung

1 zeigt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einer auseinandergezogenen Ansicht. Zwei aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff gespritzte Trägerteil 1a, 1b sind im Wesentlichen jeweils aufgebaut aus einem ebenen Flansch, von dem an einer Seite vier auf einer Linie liegende Befestigungshülsen 6, 7 abstehen, von denen die längeren 7 jeweils durch dreieckige Flügel 8 stabilisiert sind. Die zwei Trägerteile 1a, 1b sind vorgesehen, um an einer Wand eines Kältegerätegehäuses voneinander wie in der Fig. gezeigt beabstandet montiert zu werden.

Einer Abwandlung zufolge können die zwei Trägerteile 1a, 1b durch in der Fig. als gestrichelter Umriss eingezeichnete Brückenabschnitte 1c einteilig und eine zentrale Öffnung 4 umgebend verbunden sein.

Ein erster Wärmetauscher 9 umfasst eine rechteckige Grundplatte 10 mit vier an den Ecken angeordneten Bohrungen 11, einen von der Vorderseite der Grundplatte abstehenden massiven metallischen Vorsprung 12 und von der Rückseite der Grundplatte ausgehende, in der Figur nicht dargestellte, an sich bekannte Wärmedissipationselemente. Der quaderförmige Vorsprung 12 ist so bemessen, dass er in die Öffnung 4 eingreift, wenn die Bohrungen 11 der Grundplatte 10 mit engeren Bohrungen 13 der Hülsen 6 fluchten. Zum Befestigen des ersten Wärmetauschers 9 am Trägerteil 1 dienen in der Figur nicht dargestellte Schrauben, die; von der Rückseite der Grundplatte 10 her eingeführt, die Bohrungen 11 frei durchqueren und in ein vorgeformtes oder selbstgeschnittenes Gewinde der Bohrungen 13 eingreifen.

Ein zweiter Wärmetauscher 14 hat die Form eines Quaders aus Aluminium mit an der Vorderseite abstehenden Wärmeaustauschrippen 15 und einem an der Rückseite abstehenden, nicht in 1, sondern nur in der Schnittdarstellung der 4 sichtbaren Vorsprung 16. Die Tiefe des Vorsprungs 16 ist ausreichend, um ein scheibenförmiges Peltier-Element 17 zwischen den zwei Vorsprüngen 12, 16 der Wärmetauscher eingeklemmt zu halten, wenn beide Wärmetauscher 9, 14 fest an den Trägerteilen 1a, 1b montiert sind.

Von der Rückseite des zweiten Wärmetauschers 14 stehen fluchtend mit den Hülsen 7 des Trägerteils 1 vier Füße 18 ab, die jeweils eine zentrale Bohrung 19 (siehe 4) aufweisen, deren Durchmesser kleiner ist als der einer fluchtenden Bohrung 20 der Hülsen 7. Der zweite Wärmetauscher 14 ist am Trägerteil 1 fixiert mit Hilfe von Schrauben 21, die sich ohne Gewindeeingriff durch die Bohrungen 20 erstrecken und mit einem vorgeformten oder durch die Schrauben 21 selbst geschnittenen Gewinde der Bohrungen 19 in Eingriff stehen.

2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in einer auseinandergezogenen Ansicht. Ein aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff gespritztes Trägerteil 1 ist im Wesentlichen aufgebaut aus einem ebenen Flansch 2 mit einer zentralen, von einer Hülse 3 umgebenden Öffnung 4. Die Hülse 3 setzt sich zusammen aus zwei Abschnitten 3a, 3b, wobei der Abschnitt 3a, der zwischen dem Flansch 2 und dem Abschnitt 3b liegt, einen größeren freien Querschnitt als letzterer hat. Die zwei Abschnitte 3a, 3b sind durch eine Schulter 5 verbunden.

An die Ecken des Abschnitts 3a sind vier gedrungene Befestigungshülsen 6 angeformt. Vier weitere Befestigungshülsen 7, jeweils durch dreieckige Flügel 8 stabilisiert, sind am Flansch 2 in der Nähe von dessen äußeren Ecken angeordnet. Alle Hülsen 3, 6, 7 erstrecken sich auf der gleichen, in 2 dem Betrachter zugewandten Seite des Flansches 2; die gegenüberliegende Seite des Flansches 2 ist eben.

Ein erster Wärmetauscher 9 ist im Wesentlichen identisch mit dem Wärmetauscher 9 aus 1; lediglich seine in 1 langgestreckte Grundplatte 10 ist in 2 quadratisch dargestellt. Der quaderförmige Vorsprung 12 des Wärmetauschers 9 ist hier so bemessen, dass er in die Hülse 3 einführbar ist und deren Abschnitt 3a auf im Wesentlichen dem gesamten freien Querschnitt und in der Tiefe bis zur Schulter 5 oder knapp davor ausfüllt. Die Bohrungen 11 der Grundplatte 10 fluchten mit den Bohrungen 13 der Hülsen 6, wenn der Vorsprung 12 in die Hülse 3 eingeführt ist.

Ein zweiter Wärmetauscher 14 ist vollständig identisch mit dem Wärmetauscher 14 der 1. Der Querschnitt seines Vorsprungs 16 (siehe 4) füllt den Abschnitt 3b der Hülse im Wesentlichen spielfrei aus; seine Tiefe ist ausreichend, um ein scheibenförmiges Peltier-Element 17 zwischen den zwei Vorsprüngen 12, 16 der Wärmetauscher ein geklemmt zu halten. Auch das Peltier-Element 17 ist von der Hülse 3 im Wesentliche spielfrei umgeben, so dass ein unerwünschter Wärmefluss von der warmen zur kalten Seite des Peltier-Elements 17 nur durch das Peltier-Element 17 selbst oder durch das schlecht wärmeleitende Material der Hülse 3 stattfinden kann.

3 zeigt eine Ansicht der in 2 verborgenen Rückseite des Trägerteils, wobei die von der Vorderseite abstehenden Hülsen 3, 6, 7 und Flügel 8 mit gestrichelten Umrissen eingezeichnet sind. Man erkennt an der unteren Innenwand des Abschnitts 3a zwei sich vom Flansch 2 bis zu der Schulter 5 erstreckende Nuten 22, die vorgesehen sind, um elektrische Zuleitungen des in Höhe der Schulter 5 zwischen den Vorsprüngen 12, 16 der Wärmetauscher eingeklemmten Peltier-Elements 17 aufzunehmen.

4 zeigt die Peltier-Kühlvorrichtung der 2 im zusammengefügten und in eine Wand 23 eines Kältegerätegehäuses eingefügten Zustand. Die Wand 23 weist jeweils eine feste Außen- und Innenhaut 24 bzw. 25 aus Metall oder Kunststoff und einen dazwischenliegenden, mit in der Figur nicht dargestelltem thermisch isolierendem Schaumstoff ausgefüllten Zwischenraum 26 auf. Außen- und Innenhaut 24 bzw. 25 sind jeweils mit Öffnungen zum Durchführen der Vorsprünge 3, 6, 7, 8 des Flansches 2 bzw. des Abschnitts 3b der Hülse 3 versehen. An der Außenhaut 24 kann eine zusammenhängende Öffnung für sämtliche besagten Vorsprünge vorgesehen sein; die Innenhaut 25 hat eine Öffnung 27, deren Ränder außen an der Schulter 5 anliegen, sowie vier Bohrungen 28, die mit den Bohrungen 19 und 20 fluchten. Indem die Hülsen 7 geringfügig kürzer gemacht sind als der Abschnitt 3a, wird beim Anziehen der Schrauben die Innenhaut 25 etwas unter Spannung gesetzt, so dass sie – gegebenenfalls unterstützt durch einen in der Figur nicht dargestellten, zwischen ihr und der Schulter 5 eingeklemmten Dichtring – schaumdicht an der Schulter 5 anliegt.

Zur Montage des Kältegeräts wird zunächst das Trägerteil 1 mit in die Öffnung der Wand 23 eingreifender Hülse 3 an der Außenhaut 24 der Wand 23 und passend dazu der zweite Wärmetauscher 14 im Innenraum des Kältegeräts platziert. Durch Verschrauben von Trägerteil 1 und Wärmetauscher 14 mit Hilfe der Schrauben 21 werden beide Teile sowohl aneinander als auch an der Wand 23 fixiert. Anschließend wird das Peltier-Element 17 von außen her in die Öffnung 4 der Hülse 3 eingefügt, und anschließend wird der Vorsprung 12 des Wärmetauschers 9 in die Öffnung 4 eingeschoben. Die Grundplatte 10 des Wärmetauschers 9 wird festgeschraubt, um den Wärmetauscher 9 und das Trägerteil 1 miteinander zu verbinden und gleichzeitig das Peltier-Element 17 zwischen den polierten Oberflächen der Vorsprünge 12, 16 einzuklemmen und so einen ungehinderten Wärmefluss zwischen dem Peltier-Element 17 und den Wärmetauschern 9, 14 sicherzustellen.

Wenn das in 4 nur bruchstückhaft gezeigte Wärmedissipationselement 29 die Bohrungen 11 der Grundplatte 10 nicht überdeckt, kann es an dieser bereits vormontiert oder einteilig mit ihr vorgeformt sein, wenn die Grundplatte 10 am Trägerteil 1 befestigt wird; andernfalls wird es erst nach Montage der Grundplatte 10 an dieser angebracht.

Sobald das Trägerteil 1 und der Wärmetauscher 9 miteinander verbunden und dadurch die Innenhaut 25 gegen die Schulter 5 gedrückt ist, kann der Zwischenraum 26 mit Isolierschaum verfüllt werden. Da der Schaum an keiner Stelle mit den Wärmetauschern 9, 14 in Kontakt kommt, beeinträchtigt er nicht deren nachträgliche Demontierbarkeit zum Zwecke der Reparatur oder Wartung. Sofern nicht das Wärmedissipationselement 29 die Köpfe der in den Hülsen 6, 7 aufgenommenen Schrauben verdeckt, kann im Bedarfsfalle jeweils ein einzelner dieser Wärmetauscher abmontiert werden.

Der Aufbau des im Inneren des Kältegeräts angebrachten Wärmetauschers 14 wird anhand von 4 genauer erläutert. Der aus massivem Metall, vorzugsweise Aluminium, bestehende Vorsprung 15 hängt einteilig mit einem quaderförmigen Gehäuse 30 zusammen, das auf einer vom Vorsprung 16 abgewandten Seite die Rippen 15 trägt. Ein dicht verschlossener Hohlraum 31 im Innern des Gehäuses enthält ein Wärmeträgerfluid, z.B. Butan, teils im flüssigen, teils im gasförmigen Aggregatzustand. An der den Rippen 15 benachbarten Innenseite des Hohlraums 31 ist eine poröse Schicht 32 angebracht, die in ihrem unteren Bereich in das flüssige Wärmeträgerfluid eintaucht, so dass letzteres in den Poren der Schicht 32 aufsteigen und sich so über die gesamte Höhe der Innenwand verteilen kann.

Die poröse Schicht kann aus diversen Materialien gebildet sein. Eine erste Möglichkeit ist ein Keramikmaterial, welches z.B. in Form einer Emulsion von feinen Partikeln, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Kieselgel, auf die Innenwand aufgesprüht oder – gestrichen wird und mit Hilfe eines in der Emulsion enthaltenen Bindemittels zu einer dauerhaften Schicht verfestigt. Alternativ kann die Schicht auch aus Fasermaterial, beispielsweise Glas- oder Kohlefaser, natürliche Textilfaser oder gegen das Wärmeträgerfluid beständige Kunstfaser, bestehen, die an der Innenwand verklebt ist oder zwischen einem Gitter (nicht dargestellt) und der Innenwand eingeklemmt ist.

Von den Rippen 15 aus dem Innenraum des Kältegeräts aufgenommene Wärme bewirkt die Verdunstung von Wärmeträgerfluid aus der porösen Schicht 32, welches anschließend an der gegenüberliegenden Innenseite des Hohlraums 31 in Höhe des durch das Peltier-Element 17 gekühlten Vorsprungs 16 kondensiert und diesen dabei erwärmt. So wird der Wärmefluss, der auf einer großen Oberfläche in den Wärmetauscher 14 eintritt, wirksam auf die vergleichsweise kleine Querschnittsfläche des Vorsprungs 16 gebündelt und in dem Vorsprung 16 eine hohe Leistungsflussdichte erzielt, die es erlaubt, den Temperatursprung im Peltier-Element 17 klein und dessen Wirkungsgrad damit hoch zu halten.

Um die Ausbildung von Konvektionszellen in der Dampfphase zu begünstigen, die den Wärmetransport durch den Hohlraum 31 erheblich fördern, ist die Breite des Hohlraums 31 zwischen der porösen Schicht und der gegenüberliegenden Innenseite auf ca. 10 mm gesetzt. Die anderen Abmessungen des Hohlraums 31 haben wenig Auswirkung auf dessen Wärmetransportvermögen und können nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten, typischerweise zwischen 10 und 20 cm, festgelegt werden.

Um eine ausreichende Druckbelastbarkeit des Wärmetauschers 9 im nicht gekühlten Zustand zu gewährleisten, sind seine Wände aus Aluminium mit einer Stärke von wenigstens 5 mm gefertigt.

Da bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung die Rückseite des Gehäuses 30 die Innenhaut 25 nicht berührt, kann auch auf einem Großteil dieser Rückseite Wärme aus dem Innenraum in das Gehäuse 30 eindringen. Um auch diese Wärme wirksam zur Verdampfung von Wärmeträgerfluid zu nutzen, kann auch auf dieser Seite des Hohlraums 31 eine in der Figur nicht gezeigte poröse Schicht vorgesehen sein, die allerdings den in Höhe des Vorsprungs 16 liegenden Wandbereich ausspart, um dort die Kondensation des Wärmeträgerfluids nicht zu beeinträchtigen.

Das Wärmedissipationselement 29 an der Außenseite des Kältegerätegehäuses kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein. 5 zeigt anhand einer perspektivischen Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältegeräts von hinten eine Ausgestaltung, bei der dieses Wärmedissipationselement 29 einen an der hier verdeckten Grundplatte befestigten Tank 33 für eine Wärmeträgerflüssigkeit und eine Pumpe umfasst, die die Wärmeträgerflüssigkeit durch eine an der Geräterückwand montierte Kühlschlangenanordnung 34 umwälzt.

Alternativ kann wie in 6 gezeigt, der außenliegende Wärmetauscher 9 wie der innere 14 als ein hohles, teilweise mit gasförmiger und teilweise mit flüssigem Wärmeträgerfluid gefülltes Gehäuse 35 mit Kühlrippen 36 realisiert sein, für dessen Abmessungen und Wandstärken dasselbe gilt, wie oben zum Wärmetauscher 9 ausgeführt. Der Vorsprung 12 ist am unteren Bereich dieses Gehäuses 35 angeordnet, so dass über den Vorsprung 12 zufließende Wärme zunächst den Vorrat an flüssigem Wärmeträgerfluid im unteren Bereich des inneren Hohlraums 37 des Gehäuses 35 erreicht. Diese Wärme erreicht die an der gegenüberliegenden Gehäuseseite angeordneten Kühlrippen 36 über Konvektion des flüssigen Wärmeträgerfluids oder durch dessen Verdunstung und anschließende Kondensation an der den Kühlrippen 36 benachbarten Wand des Gehäuses 35. Das in diesem Wärmetauscher verwendete Wärmeträgerfluid kann wie im Falle des Wärmetauschers 9 Butan sein; beide Wärmetauscher sind so ausgelegt, dass sie einen Innendruck von 5 bar, der bei Lagerung der Peltier-Kühlvorrichtung bei einer Umgebungstemperatur von 50°C auftreten kann, ohne plastische Verformung oder Undichtwerden tolerieren.

Bei der in 7 im Schnitt gezeigten Ausgestaltung des äußeren Wärmetauschers 9 ist der Vorsprung 12 in mittlerer Höhe an der Wand des Gehäuses 35 angeordnet, oberhalb des Spiegels 38 der Wärmeträgerflüssigkeit im Hohlraum 37. Eine poröse Schicht 32 erstreckt sich vom Boden des Hohlraums 37 bis in Höhe des Vorsprungs 12, so dass über den Vorsprung 12 zufließende Wärme im Wesentlichen die poröse Schicht 32 und die darin befindliche Wärmeträgerflüssigkeit erwärmt. Es genügt daher eine vergleichsweise geringe über den Vorsprung 12 zufließende Wärmeleistung, um das Wärmeträgerfluid in der porösen Schicht 32 effizient zu verdampfen und so die Wärme von dem vom Vorsprung 12 berührten Peltier-Element abzuführen.

Claims

Peltier-Kühlvorrichtung mit wenigstens einem Trägerteil (1; 1a, 1b), einem Peltier-Element (17) und zwei Wärmetauschern (9, 14), die an entgegengesetzten Seiten jedes Trägerteils (1; 1a, 1b) das Peltier-Element (17) einklemmend befestigt sind.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element in einer Öffnung (4) des einzigen Trägerteil (1) angeordnet ist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (4) von einer Hülse (3) des Trägerteils (1) umgeben ist, und dass wenigstens einer der Wärmetauscher (9, 14) einen in die Hülse eingreifenden Vorsprung (12, 16) in Kontakt mit dem Peltier-Element (17) aufweist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (3; 3a, 3b) aus schlecht wärmeleitendem Material ausgebildet ist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse (3) eine Schulter (5) gebildet ist, und dass das Peltier-Element (17) in der Hülse (3) in Höhe der Schulter (5) gehalten ist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, dass die Schulter (5) in etwa mittig in der Hülse (3) ausgebildet ist, und dass auch der zweite Wärmetauscher (14) einen in die Hülse (3) eingreifenden Vorsprung (16) in Kontakt mit dem Peltier-Element (17) aufweist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (1) einen sich zwischen den Wärmetauschern (9, 14) erstreckenden Flansch (2) aufweist, an dem die Wärmetauscher (9, 14) an jeweils in der Ebene des Flansches voneinander beabstandeten Stellen verankert sind.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flansch (2) Befestigungshülsen (6, 7) geformt sind, in welche die beiden Wärmetauscher (9, 14) verankernde Verankerungsstifte eingreifen.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungshülsen (6, 7) für beide Wärmetauscher (9,14) von einer gleichen Seite des Flansches (2) abstehen.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstifte in alle Befestigungshülsen (6, 7) von einer gleichen Seite des Flansches (2) her eingeführt sind, und dass die einen ersten (9) der Wärmetauscher (9; 14) verankernden Verankerungsstifte zunächst ohne Verankerungseingriff durch Bohrungen (11) des ersten Wärmetauschers (9) geführt sind und mit der jeweils zugeordneten Befestigungshülse (6) in Verankerungseingriff stehen, während die den zweiten Wärmetauscher (14) verankernden Verankerungsstifte (21) zunächst ohne Verankerungseingriff durch die jeweils zugeordnete Befestigungshülse (7) geführt sind und am zweiten Wärmetauscher (14) in Verankerungseingriff stehen.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (9) den Flansch (2) nur zum Teil überdeckt, und dass die Befestigungshülsen (7), die die den zweiten Wärmetauscher (14) verankernden Verankerungsstifte (21) aufnehmen, in einem nicht von dem ersten Wärmetauscher (9) überdeckten Teil des Flansches (2) angeordnet sind.
Peltier-Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstifte Schrauben (21) oder Bajonettverriegelungsstifte sind.
Peltier-Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Wärmetauscher (9, 14) einen Hohlraum (31, 37) aufweist, der ein Wärmeträgerfluid gleichzeitig in flüssiger und in gasförmiger Phase enthält.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Hohlraum (31, 37) eingefüllte Wärmeträgerfluid einen Sättigungsdampfdruck von 0,8 bis 1,5 bar bei normalen Betriebsbedingungen der Kühlvorrichtung aufweist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid einen Sättigungsdampfdruck von weniger als 6 bar bei 50°C aufweist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (31, 37) an einer Innenwand mit einer porösen Schicht (32) versehen ist, in welcher Wärmeträgerfluid durch Kapillareffekt aufsteigt.
Peltier-Kühlvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (32) an einer vom Peltier-Element (17) abgewandten Innenwand des Hohlraums (31) angebracht ist.
Peltier-Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (1) einteilig aus Kunststoff gespritzt ist.
Kältegerät mit einem einen Innenraum umgebenden wärmeisolierenden Gehäuse, gekennzeichnet durch eine Peltier-Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich eine Isolationsschicht (26) des Gehäuses zwischen die Wärmetauscher (9, 14) erstreckt.
Kältegerät nach Anspruch 19, bei dem die Peltier-Kühlvorrichtung eine Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 ist, deren Hülse (3) in die Isolationsschicht (26) eingebettet ist.
Kältegerät nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Peltier-Kühlvorrichtung eine Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17 ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine einen Hohlraum (31) aufweisende Wärmetauscher (14) im Innenraum des Kältegeräts angeordnet ist.