DE1126425B

DE1126425B - Verfahren zum Regeln des Betriebsstromes in Geraeten, in denen unter Ausnutzung des Peltiereffektes Waerme ueberfuehrt wird

Info

Publication number: DE1126425B
Application number: DEL37800A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Karl Steimel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-12-23
Filing date: 1960-12-23
Publication date: 1962-03-29
Also published as: US3123980A; GB926403A

Description

Die Entwicklung der Halbleitertechnik hat dazu geführt, daß Thermoelemente hergestellt werden können, mit denen man unter Ausnutzung des Peltiereffektes Wärmemengen von einem Reservoir in ein anderes überführen kann. Diese Art der Kühlung oder Erwärmung ist zwar in ihrer Anwendbarkeit unbegrenzt, sie eignet sich jedoch mit Vorzug für kleinere Objekte, deren Leistungsaufnahme gleich oder kleiner ist als die eines Haushaltskühlschrankes. Da der Anteil der Nebenkosten, also z. B. für Regler u. dgl., an den Gesamtkosten bei kleineren Objekten einen recht hohen Prozentsatz ausmacht, ist man bestrebt, für solche Hilfsgeräte möglichst einfache Lösungen zu wählen. Selbst die meisten Haushaltskühlschränke haben nur eine temperaturabhängige Ein-Aus-Schaltung als Regelung.

In vielen Fällen, z. B. dann, wenn in kurzer Zeit größere Wärmemengen abgeführt werden sollen, wird jedoch eine einfache Ein-Aus-Schaltung keinen wirtschaftlichen Betrieb mehr ermöglichen, während eine kompliziertere Regelung keinen wirtschaftlichen Gestehungspreis für das Gerät zuläßt.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Regeln des Betriebsstromes in Geräten, in denen unter Ausnutzung des Peltiereffektes mit Hilfe von Thermoelementen Wärme von einem ersten Reservoir in ein zweites Reservoir übergeführt wird, wobei die Thermoelemente bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur eines der beiden Reservoirs oder bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Reservoirs mit einer Stromstärke betrieben werden, die höher ist als die Stromstärke, mit der die Geräte nach Erreichen dieser Temperatur oder dieser Temperaturdifferenz betrieben werden.

Betrachtet man unter der Voraussetzung einer konstanten Temperaturdifferenz die Verhältnisse an zwei Reservoirs, zwischen denen Wärme durch ein Thermoelement übergeführt wird, und trägt man dabei zunächst die transportierte Wärmemenge über dem Betriebsstrom des Thermoelements auf, so zeigt sich, daß ein stromunabhängiger Wärmefluß durch die Isolation zwischen den Reservoirs und über die vorhandenen Wärmebrücken, z. B. durch das Thermoelement, die Temperaturdifferenz auszugleichen sucht. Es ist in der Figur durch die Gerade 1 bezeichnet. Dem entgegen wirkt das Thermoelement, das bei einer Stromstärke η die Wirkung des oben angegebenen Wärmestromes über die Isolation und die Wärmebrücken gerade kompensiert und dessen Wärmetransport zunächst proportional mit der Betriebsstromstärke zunimmt, wie es durch die Gerade 1 + 2 dar-Verfahren zum Regeln des Betriebsstromes in Geräten, in denen unter Ausnutzung

des Peltiereffektes Wärme überführt wird

Anmelder:

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

Dr. phil. Karl Steimel, Altenhain

(Mainz-Taunus-Kreis),
ist als Erfinder genannt worden

gestellt ist. Da nun aber die ebenfalls von dem Thermoelement noch abzuführende Joulsche Wärme mit dem Quadrat der Betriebsstromstärke/ zunimmt, verläuft der Wärmetransport des Thermoelementes aufgetragen über der Stromstärke /, etwa nach der Kurve 1 + 2+3 und hat bei der Stromstärke b seinen Höchstwert.

Trägt man gemäß der Kurve 4 über der Stromstärke / noch den Wirkungsgrad η auf, der bei der Stromstärke α sein Maximum hat, so ist ersichtlich, daß es unter gleichen Bedingungen zwei besonders ausgezeichnete Werte des Betriebsstromes gibt:

1. die Stromstärke α, bei der der Wirkungsgrad η des Gerätes ein Maximum hat, bei der also das Gerät am wirtschaftlichsten arbeitet, und

2. die Stromstärke b, bei der die Wärmetransportleistung Q des Peltierelements ein Maximum hat, bei der also ohne Rücksicht auf Wirtschaftlichkeit des Gerätes die größtmögliche Wärmemenge transportiert wird.

Gemäß der Erfindung werden die Thermoelemente bis zum Erreichen der vorgegebenen Temperatur oder Temperaturdifferenz mit einer Stromstärke betrieben, bei der sie ihre höchste Wärmetransportleistung haben, während sie nach Erreichen dieser Temperatur oder dieser Temperaturdifferenz mit der Stromstärke betrieben werden, bei der die Geräte ihren höchsten Wirkungsgrad haben.

Wird also z. B. in einem Haushaltskühlschrank ein zu kühlendes Gut eingebracht, so wird die vorgegebene Innentemperatur T₁ überschritten, d. h., die Temperaturdifferenz AT zwischen der Innentemperatur und

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der Außentemperatur vermindert sich unter den vorgegebenen Wert JT₁. Ein temperaturabhängiger Schalter bewirkt dann, daß das Gerät mit einer Stromstärke betrieben wird, bei der die größte Wärmetransportleistung (Kälteleistung) vorliegt, und zwar so lange, bis die vorgegebene Innentemperatur T₁ des Kühlschrankes, d. h. die vorgegebene Temperaturdifierenz AT₁, wieder erreicht ist. Der Schalter schaltet dann auf einen Betriebsstrom um, bei dem das Gerät seinen höchsten Wirkungsgrad hat. Das Her- xo unterkühlen des eingebrachten Gutes erfolgt also ohne Rücksicht auf Wirtschaftlichkeit, aber in der kürzestmöglichen Zeit, während das Beibehalten der Temperatur unter den bestmöglichen wirtschaftlichen Bedingungen erfolgt, und zwar über einen längeren Zeitraum. Sollte das Gerät so dimensioniert sein, daß beim Betrieb mit dem höchsten Wirkungsgrad die Abkühlung unter die Temperatur T₁ weiter fortschreitet, also die Temperaturdifferenz AT größer wird als AT₁, obgleich dies nicht erforderlich ist, so kann noch ein weiterer temperaturempfindlicher Schalter der herkömmlichen Art vorgesehen werden, der das Gerät bei Erreichen einer weiteren vorgegebenen Temperatur T₂ <C T₁ oder bei einer weiteren vorgegebenen Temperaturdifferenz AT₂ > AT₁ ausschaltet.

Die entsprechenden Überlegungen gelten natürlich auch für das Erwärmen eines Raumes oder eines Gutes über die Umgebungstemperatur.

Soll eine, wenn auch nur örtliche, Unterkühlung oder Überhitzung eines Raumes oder Gutes vermieden werden, so empfiehlt es sich, als Temperaturen der Reservoirs die an den mit ihnen in gut wärmeleitender Verbindung stehenden Kontaktstellen oder an den entsprechenden Wärmeleitkörpern auftretenden Temperaturen einzusetzen.

Bei Wärmeaustauschern mit strömenden Medien setzt man mit Vorteil als Temperatur der Reservoirs die Temperaturen der Medien ein.

Wird das Gerät über einen Transformator und einen Gleichrichter mit Wechselstrom, z. B. aus dem Netz oder aus einem Zerhacker, gespeist, benutzt man mit besonderem Vorteil eine Vorrichtung, bei der der Transformator zwei Primärwicklungen aufweist, die je nach dem zu liefernden Betriebsstrom durch einen temperaturabhängigen Schalter entweder parallel oder in Reihe geschaltet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln des Betriebsstromes in Geräten, in denen unter Ausnutzung des Peltiereffektes mit Hilfe von Thermoelementen Wärme von einem ersten Reservoir in ein zweites Reservoir übergeführt wird, wobei die Thermoelemente bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur eines der beiden Reservoirs oder bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Reservoirs mit einer Stromstärke betrieben werden, die höher ist als die Stromstärke, mit der die Geräte nach dem Erreichen dieser Temperatur oder dieser Temperaturdifferenz betrieben werden, dadurch gekenn zeichnet, daß die Thermoelemente bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperatur eines der beiden Reservoirs oder bis zum Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Reservoirs mit einer Stromstärke betrieben werden, bei der sie ihre höchste Wärmetransportleistung haben und daß sie nach Erreichen dieser Temperatur oder dieser Temperaturdifferenz mit der Stromstärke betrieben werden, bei der die Geräte ihren höchsten Wirkungsgrad haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturen der Reservoirs die an den mit ihnen in gut wärmeleitender Verbindung stehenden Kontaktstellen oder an den entsprechenden Wärmeleitkörpern der Thermoelemente auftretenden Temperaturen eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für Wärmeaustauscher mit strömenden Medien, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturen der Reservoirs die Temperaturen der Medien eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein herkömmlicher temperaturabhängiger Schalter vorgesehen ist, der das Gerät bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur oder Temperaturdifferenz ausschaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, und zwar für Geräte, die über einen Transformator und einen Gleichrichter mit Wechselstrom gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator zwei Primärwicklungen aufweist, die je nach dem zu liefernden Betriebsstrom durch einen temperaturabhängigen Schalter entweder parallel oder in Reihe geschaltet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 803 936.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen