CH402905A - Elektrothermische Vorrichtung zur Erzielung von Kühl- oder Wärmewirkungen oder thermoelektrische Vorrichtung zur Stromerzeugung - Google Patents

Description

      Elektrothermische    Vorrichtung zur Erzielung von Kühl- oder Wärmewirkungen  oder     thermoelektrische        Vorrichtung        zur        Stromerzeugung       Die     Erfindung        betrifft    eine     elektrothermische     Vorrichtung zur Erzielung von Kühl-     oder        Wärme-          wirkungen    oder :eine     thermoelektrische    Vorrichtung  zur Stromerzeugung, bei der ein mit     Verdampfung     und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitendes.

         Wärmeübertragungssystem    zur     Wärmezufuhr..        oder     Wärmeabfuhr dient bzw. mehrere solche Wärme  übertragungssysteme zur     Wärmezufuhr    und     Wärme-          abfuhr    dienen, und bei welcher     Vorrichtung    die die       einzelen    Elemente     miteinander    stromleitend verbin  denden     Kupferbrücken    auf     ihrer    von den Elementen  abgewendeten Seite eine     Wärmeaustauschfläche    :

  auf  weisen, die direkt von dem flüssigen     bzw.    dampfför  migen Hilfsmedium     bespült    wird.  



  Bei elektrothermischen und     thermoelektrischen          Vorrichtungen    ist es     bekannt,    die Elemente zu einem       Block        zusammenzufassen,    der dazu     dienen    kann,  Kühl- oder     Wärmewirkungen    bei     entsprechender     Stromzufuhr     oder    umgekehrt     elektrischen    Strom bei  Anordnung des     Elementenblocks    zwischen entspre  chenden Temperaturniveaus zu erzeugen.

   Die zu       einem    Block     zusammengefassten.    Elemente     gestatten     es, entsprechende Leistungen auf     verhältnismässig     kleinem Raum     zusammenzudrängen.        Ein    besonders       schwieriges    Problem besteht dabei     darin,        :an    der       Wärmeaustauschfläche    des,     Elementenblocks    auf der  warmen und auf der kalten Seite den hinreichenden       Wärmeaustausch    sicherzustellen.  



  Wenn man einen derartigen     Elementenblock    bei  spielsweise     zur        Kälteerzeugung    in einem Kühlschrank  anwenden will,     muss    man auf der alten Seite     für     einen hinreichenden Wärmeaustausch mit der Kühl-         raumluft    sorgen,

   und .auf der     warmen    Seite der Ele  mente muss die     freiwerdende        Wärme    an     die        Luft     der Umgebung     abgeführt        werden.    Der     Wärmeaus-          tausch    mit der Luft erfordert, sofern man mit direk  ter     Luftkühlung    der     Wärmeaustauschfläche        arbeiten          will,

      die     Anwendung        einer        grossen        Wärmeaustausch-          fläche,        deren        Unterbringung    im guten     Wärmekontakt     mit dem     Blementenblock        erhebliche    Schwierigkeiten  macht.  



  Es ist     bekannt,    die     Wärmezufuhr    und die     Wärme-          abfuhr    bei     Peltiereinheiten        durch        Anwendung    in  direkter     Wärmeübertragungssysteme,    die     mit    Ver  dampfung und Kondensation     eines        Hilfsmediums    er  beiten,     günstiger    zu     gestalten.    Diese     Wärmeübertra-          gungssysteme    gestatten es, die     wärmeaufnehmende,

       luftberührte Oberfläche .auf     der    kalten Seite     und    die       wärmeabgebende,        luftberührte        Oberfläche    auf der  warmen Seite räumlich von dem     Peltienblock    hinrei  chend zu     trennen    und an den     WäTmeaustauschflä-          chen    des     Peltierblockes    selbst kleinere, .als Konden  sator bzw. als     Verdampfer        arbeitende        Wärmeaus-          tauscher    anzuwenden.

   Um     diese    Systeme     hireichend     wirksam zu machen, muss für     einen    besonders inten  siven Wärmeaustausch der     Wärmedurchgangsfläehe     des     Peltierblockes,    mit den .genannten     Wärmeaus-          tauschern    der Systeme gesorgt werden.

       In        dieser        Hin-          sieht    ist eine Anordnung bekannt, bei     der    die     ein-          zelnen    im elektrischen     Isoliermaterial        angeordneten     Elemente durch     Kupferbrücken        verbunden        werden,

       die direkt von Wasser umspült     werden.    Wasser ist  aber als Medium     eines    mit Verdampfung und Kon  densation eines     Hilfsmediums        arbeitenden        Sekundär-          systems    aufgrund seiner     physikalischen        Daten    unge-      eignet. Darüber hinaus werden .auch noch     .andere     Fragen durch die bekannte Anordnung nur sehr un  befriedigend gelöst.  



  Würde man nämlich die     Wärmebrücken    direkt  in dem Boden eines Gefässes, das das Hilfsmedium  aufnimmt, anordnen, so würden erhebliche Schwie  rigkeiten bei der Isolierung dieser     Brücken    auftreten.  Verwendet man     eine        Glaseinschmelzung    der im .all  gemeinen aus Kupfer     bestehenden        Wärmebrücken,     so müssen sie zur Anpassung .an die aus Gründen  der Festigkeit     relativ    dicke Glasplatte     ebenfalls    re  lativ dick gewählt werden, wodurch der Wärmeüber  gang     innerhalb    der     Brücken    erschwert wird.

       Bettet     man dagegen die     Wärmebrücken    in einem     organi-          schen        Isolierstoff,    wie z. B.     Giessharz,    ein, so ist man  bei der Auswahl des     Hilfsmediums    sehr     eingeengt,     da viele geeignete Substanzen :die     organischen    Isolier  stoffe angreifen.  



  Durch die Erfindung wird eine Anordnung vorge  schlagen, bei der die genannten.     Schwierigkeiten    nicht  auftreten. Gemäss der     Erfindung        weisen    der Verdamp  fer bzw. der Kondensator des     Wärmeübertragungs-          systems        in    einer unteren     bzw.    in     einer        oberen,    als       Flanschteil    ausgebildeten Wand kurze     Rohrstücke    :

  auf,  die zur     Isolierung        voneinander    mit Glas in entspre  chende     Bohrungen.    der     Flunschteile        @eingeschmolzen     und auf die Kupferbrücke dicht     aufgelötet    sind!, so  dass sie ,die direkte     Verbindung    der     Oberfläche    der  Kupferbrücken mit den     Innenräumen    :des Wärme  übertragungssystems bilden.  



  Auf diese Weise     wird    eine praktisch ausführbare       Anordnung    für ein     Wärmeübertragungssystem    ge  schaffen, bei der die zur     Kontaktierung    der Elemente  dienenden     Wärmebrücken    direkt von einem flüssigen  oder     dämpfförmigen    Medium bespült     werden.    Bei  der neuen Anordnung kann man     nämlich    die Rohr  stücke aus     einem    Material herstellen,     das    sich dem       Wärmeausdehnungsverhalten    des Glases gut     anpasst,

       und man kann     ausserdem    die zur     Kontaktierung    die  nenden Kupferbrücken als eine relativ dünne Schicht  ausführen. Zudem wird     mit    der neuen     Anordnung     der Vorteil erreicht,     dass    selbst dann     oberhalb    jeder  Brücke mit     Sicherheit    Flüssigkeit zurückbleibt, wenn  die ganze     Anordnung    vorübergehend stark geneigt  wird.  



  Als Hilfsmedium werden     vorzugsweise        elektrisch     gut isolierende     Kältemittel    (z. B. die zur     Gruppe    der       Fluorkarbone    gehörenden     Verbindungen    F 12     (CF2          CL2,    F 21     (CHFCL2)    oder     dergleichen    verwendet,  Wenn es sich um     Anordnungen    handelt, bei denen  sowohl auf der kalten Seite eines     Peltierblocks        die     Wärmezufuhr,

       als    auch auf der warmen     Seite    die  Wärmeabfuhr durch Vermittlung     eines        Hilfsmediums     erfolgen soll, werden vorzugsweise zwei verschiedene       Hilfsmedien    verwendet, wobei die     Wahl    der beiden       Hilfsmedien    vorzugsweise so getroffen wird, dass im  Betrieb nicht zu     grosse        Druckunterschiede        auftreten.     Zu= diesem Zweck     kann    auf der     warmen    Seite ein  Hilfsmedium mit     niedrigerem        Dampfdruck,

          beispiels-          weise-F-21,        -=und    -auf der kalten Seite ein solches mit    höherem     Dampfdruck,    beispielsweise F 12, zur An  wendung kommen.  



  Ein besonders wirksamer Wärmeaustausch wird  bei     einer    bevorzugten Ausführungsform der-     Erfin-          dung    dadurch erzielt,     dass    jeder Kupferbrücke zwei  zu den zugehörigen Elementen koaxial liegende Ver  bindungsrohre zugeordnet werden.

   Die Wärmeaus  tauscher, die den: Kondensator bzw. den Verdampfer  zweier verschiedener     Wärmeübertragungs.systerne    bil  den, lassen sich besonders einfach aus wenigen Bau  teilen herstellen, indem man sie aus einer ebenen, die  Verbindungsrohre aufnehmenden Platte und einer am       Rande    damit vorzugsweise durch Löten dicht ver  bundenen Kappe herstellt, die     ihrerseits    die beiden  Enden der Umlaufleitungen für das Medium auf  nimmt.

   Diese Umlaufleitungen selbst wird man vor  zugsweise als Rohrstummel ausführen, so dass man  den     Elementenblock    selbst mit den     Wärmeaustau-          schern    als eine Baueinheit ausführen kann, an die  nachträglich die Umlaufsysteme mit den zugehörigen       äusseren        Wärmeaustauschern        anzuschliessen        sind.     Die gesamte Baueinheit kann beispielsweise .aus  einem     Elementenblock    bestehen, der :

  auf der     warmen     Seite einen     Verdampfer    und auf der     kalten    Seite  einen Kondensator je eines     Wärmeübertragungs-          systems    aufweist, wobei die Kappen dieser beiden  Teile durch zwei oder mehrere Schrauben und     Iso-          lierstützen    zur mechanischen     Entlastung    der Löt  stellen der Elemente miteinander verbunden sind.

    Für den     Elementenblock    wird man vorzugsweise  einen     rechteckigen    oder quadratischen     Grundriss    an  wenden und     diesen    Block .auf     mindestens    einer Seite       mit        einem    im Grundriss kreisrunden     Wärmeaustau-          sche,r    eines     Wärmeübertragungssystems    kombinieren.  



  Anschliessend wird die Erfindung anhand der       Zeichnung    schematisch in einem Ausführungsbeispiel  dargestellt. Die       Fig.    1 zeigt einen     Querschnitt    und die       Fig.    2     eine    Draufsicht auf die Vorrichtung.  



  Mit 1 sind die einzelnen Elemente, die als kurze       zylindrische    Körper ausgeführt sind, bezeichnet.  Diese Elemente sind mit Hilfe von Kupferbrücken 2  zu einem Block     mit        quadratischer        Grundrissform        zu-          sammengefasst.    In die Kupferbrücken 2 sind auf der  oberen wärmeabgebenden Seite Rohre 3 und auf der  unteren wärmeaufnehmenden Seite Rohre 4 hart ein  gelötet.

   Diese Rohre sind     aussen    mit Glas,     dessen     Ausdehnungskoeffizient     denn    der     Rohre    3 ange  passt ist, umwickelt und werden mit dem ebenen       Flanschteil    5 auf der warmen Seite und mit dem  ebenen     Flanschteil    6 auf der     kalten    Seite im Ofen       druckdicht    verschmolzen, so     dass        zwischen    den Roh  ren 3 bzw. 4 die     Glaseinschmelzung    7 den Ab  schluss bildet.

   Nach diesem     Einsehmelzungsvorgang     werden die Kupferbrücken an den den Elementen       zugekehrten    Seiten 8 und 9 plangeschliffen, und die  Elemente 1 selbst werden dann mit Hilfe     eines     Weichlotes     an    die Brücken     angelötet.    Nachdem also  die Elemente 1     beispielsweise    an die Brücken 2 an  gelötet sind, die ihrerseits mit der Platte 5 zusam-           nengeführt    sind, werden die Elemente auf der kalten  Seite     plangeschliffen    und gemeinsam kontaktiert.

   Der       Gegenflansch    6, der ebenfalls wie beschrieben behan  delt ist, wird auf die Stirnseite :der Elemente 1 auf  gelötet, wobei die     bereits    gelötete, dem Flansch 5  zugeordnete Seite in Wasser getaucht wird, um     einen     thermischen Schutz zu     erreichen.        Anschliessend    wer  den die Kappen 10 und 11, die bereits     mit    Rohr  stummeln 12, 13 bzw. 14, 15     versehen        sind,    druck  dicht mit ihren     kreisrunden    Rändern mit den Rän  dern der Flansche 5 und 6 verlötet.  



  Die Lötstellen an den Elementen werden mit  Hilfe von     Isolierstützen    16 und Schrauben 17 mecha  nisch entlastet. Wie aus dem     Grundriss    der     Fig.    2  zu entnehmen ist, sind     ;beispielswiesedrei    solche  Schrauben 17 vorhanden, die die gesamte Bauein  heit starr     zusammenfassen.    An die     Rohrstummel    12  und 13 werden     nachträglich    die     Umlaufleitungen    18,  19 mit dem direkt luftgekühlten Kondensator 20 des       Wärmeübetra:gungssystems    angeschlossen und das  entsprechende     Wärmeübestragungs:medium    einge  füllt.

   In ähnlicher Weise werden an die     Rohrstummel     14, 15 die Umlaufleitungen 21, 22 mit dem Ver  dampfer 23     angeschlossen    und auch hier das entspre  chende Hilfsmedium eingefüllt. Der     Anschluss    der       Rohrstummel    12 bis 15 ist, wie die     Fig.    1     erkennen     lässt, so gewählt, dass ein eindeutiger     Umlauf    der  beiden     Hilfsmedien    in Richtung der Pfeile 24 und' 25  sichergestellt ist.  



  Die in der     Fig.    1     dargestellte    Baueinheit kann       beispielsweise    in die obere     Isolierwand    26 eines  Kühlschrankes eingebaut werden. Der Verdampfer  23 und der Kondensator 20 der     Wärmeübertragungs-          systeme        können    eine den jeweiligen Erfordernissen       a:ngepas        ite    Form und Lage innerhalb des Kühlrau  mes oder     aussen    am     Kühlschrank        bekommen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Elektrothermische Vorrichtung zur Erzielung von Kühl- oder Wärmewirkungen oder thermoelektri- sche Vorrichtung zur Stromerzeugun :

   g, bei der ein mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfs- mediums arbeitendes Wärmeübertragungssystem zur Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr dient bzw. mehrere solche Wärmeübertragungssysteme zur Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr dienen, und bei welcher Vorrich tung die einzelnen Elemente miteinander strom- leitend verbindenden Kupferbrücken auf ihrer von den Elementen abgewendeten Seite eine Wärmeaus:

   tauschfläche aufweisen, die direkt von dem flüssigen beziehungsweise dampfförmigen Hilfsmedium bespült wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer bzw. der Kondensator des Wärmeübertragungssystems in einer unteren bzw.

   in einer oberen als Flanschbeil (5, 6) ausgebildeten Wand kurze Rohrstücke (3, 4) aufweist, die zur Iso lierung voneinander mit Glas (7) in @entsprechende Bohrungen der Flanschteile (5, 6) eingeschmolzen und auf die Kupferbrücken (8, 9) dicht aufgelötet sind, so dass sie die direkte Verbindung der Ober flächen der Kupferbrücken (8, 9) mit den Innen räumen des Wärmeüber tragungssystems bilden. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kupferbrücke (8, 9) zwei zu den zugehörigen Elementen koaxial liegende Rohrstücke (3, 4) zugeordnet sind. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator bzw. der Ver dampfer jedes Wärmeüb.ertragungssystems aus je einem der ebenen, die Rohrstücke (3, 4) aufnehmen den Flansch-teile (5, 6) und aus je einer am Rand mit dem zugehörigen Flans@chteil (5, 6)

   vorzugsweise durch Löten dicht verbundenen Abdeckkappe (10, 11) besteht, die die Enden der Umlaufleitungen (18, 19, 21, 22) für das Hilfsmedium aufnimmt. 3.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Umlaufleitungen (18, 19, 21, 22) als Rohrstummel (12, 13, 14, 15) ausgeführt sind, .an die nachträglich die zu den zu gehörigen Wärmeaustauschem (20, 23) führenden Umlaufleitungen (18, 14, 21, 22) anschliessbar sind. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementenblock mit recht eckiger oder quadratischer Grundrissform -auf min destens einer Seite mit einem im Grundriss kreis- runden Wärmeaustauscher des Wärmeüb:ertragungs- systems kombiniert ist. 5.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, bei der der Peltierblock auf der warmen Seite als Verdampfer und auf der kalten Seite als Kondensator je eines mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitenden Wärmeüberbragungssystems dient, da durch gekennzeichnet,

   dass zur mechanischen Ent lastung der Lötstellender Elemente die Abdeckkap- pen (10, 11) dieser beiden Teile durch zwei oder mehr Schrauben (17) und Isolierstützen (16) ver bunden sind.