專利名稱：熱電冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻裝置，該冷卻裝置具有一個雙壁的容器，該容器的內(nèi)壁限定一個內(nèi)室的邊界，該內(nèi)室用于容納待冷卻的物體，并且由該內(nèi)壁及一個外壁包圍的空心室填充有載熱流體，該冷卻裝置還具有一個熱電元件，該熱電元件用于產(chǎn)生從該容器的內(nèi)壁到外壁的溫度梯度。這種用于冷卻瓶的冷卻裝置已由WO 2004/044505(圖3)公開。
在該公開的冷卻裝置中，雙壁的容器填充有液態(tài)的載熱流體，例如鹽水或乙醇-水混合物。為了增強容器與熱電元件之間的分界面處的熱交換，設(shè)置有一個泵，該泵使載熱液體在容器的與待冷卻的物體處于接觸的部分與容器的裝配上熱電元件的部分之間循環(huán)。
容器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及泵使得該公開的冷卻裝置在制造中成本高昂。因為泵遭受自然磨損，所以該裝置會有故障。此外，泵的損失熱量影響冷卻裝置的效率。當(dāng)該冷卻裝置安裝在家用致冷裝置的內(nèi)部以使位于其中的瓶特別快速地冷卻下來時，該損失熱量尤其是不利的，因為由泵產(chǎn)生的廢熱被排放到家用致冷裝置的內(nèi)部并且必須由該家用致冷裝置的制冷機向外排出。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種開頭所述類型的冷卻裝置，該冷卻裝置可在能量消耗最少的情況下使裝載在其內(nèi)室中的物體快速地冷卻下來，可廉價地實現(xiàn)并且在實際中無磨損。
所有這些優(yōu)點可令人驚奇地這樣達到載熱流體的被填充在冷卻裝置的空心室中的量被這樣地確定大小，使得它的在液態(tài)狀態(tài)下的體積小于空心室的容積，由此，該空心室必然具有一個包含蒸汽狀的狀態(tài)下的載熱流體的部分，并且空心室的這個部分貫通地從內(nèi)壁到外壁延伸。這個結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)載熱流體在雙壁的容器的較熱的內(nèi)壁上蒸發(fā)，由此，載熱流體可在升溫最小的情況下吸收顯著量的熱能，并且這個結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)該熱能以蒸發(fā)的載熱流體的形式快速地傳輸?shù)娇招氖业耐獗?，在那里蒸汽再凝結(jié)并且儲存在該蒸汽中的熱量被向外排出。
為了保證在內(nèi)壁上蒸發(fā)的載熱流體順暢地到達外壁并且不在其它部位上不期望地再凝結(jié)，優(yōu)選內(nèi)壁與外壁之間的路徑在空心室的包含載熱蒸汽的部分中比這個部分在橫向于所述路徑定向的方向上的尺寸確定得短，即，最短的路徑是朝向外壁的路徑，在內(nèi)壁上蒸發(fā)的載熱流體可以以該最短的路徑到達這樣一個表面，在該表面上該蒸發(fā)的載熱流體可再凝結(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)型，熱電元件安置在外壁上，以便冷卻該外壁。
優(yōu)選熱電元件安置在包含載熱蒸汽的部分的高度上，以便由此在該外壁上提供這樣一個區(qū)域，在該區(qū)域上進行增強的凝結(jié)。
熱電元件在此可符合目的地埋入在一個隔絕層中，該隔絕層使外壁與一個通過熱電元件加熱的熱交換器分開。
根據(jù)第二構(gòu)型，熱電元件也可安置在內(nèi)壁上，以便使該內(nèi)壁加熱并且由此促進載熱流體汽化。
為了優(yōu)選使液態(tài)的載熱流體加熱，該熱電元件可安置在空心室的一個填充有液態(tài)的載熱流體的部分的高度上。
在該冷卻裝置的兩個構(gòu)型中有利的是，內(nèi)壁在空心室側(cè)具有一個多細孔的層。液態(tài)的載熱流體可通過毛細效應(yīng)在這個多細孔的層中攀升，其結(jié)果是，提供了一個表面供該載熱流體汽化使用，該表面通常比載熱流體在空心室中的液面的表面大很多。另一個優(yōu)點是，通過內(nèi)壁流入的熱量僅可以以很小的程度直接釋放給已經(jīng)存在的載熱蒸汽，而是首先使該多細孔的層中的液態(tài)的載熱體加熱并且由此促進該載熱體汽化。
為了保證液態(tài)的載熱流體持續(xù)地流入到該多細孔的層中，多細孔的層的一部分應(yīng)與液相的載熱流體處于接觸。
為了避免容納在冷卻裝置中的物體被過渡地冷卻，尤其是當(dāng)本發(fā)明的冷卻裝置安裝在家用致冷裝置的內(nèi)部時，該冷卻裝置優(yōu)選裝備有一個溫度傳感器及一個轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)由該溫度傳感器檢測的溫度來使熱電元件的供給電流中斷或反向。
本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點從下面參照附圖對實施例進行的說明中得到。附圖表示

圖1第一構(gòu)型的本發(fā)明冷卻裝置的示意性剖視圖；圖2在圖1的平面II-II中剖切該冷卻裝置時的水平剖視圖；圖3第二構(gòu)型的冷卻裝置的示意性水平剖視圖；圖4平放定向時圖1的冷卻裝置；圖5圖1中冷卻裝置的優(yōu)選的進一步構(gòu)型；圖6第四構(gòu)型的冷卻裝置的垂直剖視圖；及圖7第五構(gòu)型的冷卻裝置的垂直剖視圖。
圖1示出了第一構(gòu)型的本發(fā)明冷卻裝置的垂直剖視圖。空心壁的、杯狀的容器1具有一個圓柱狀的在端側(cè)敞開的內(nèi)室2，該內(nèi)室被這樣地確定尺寸，使得容納一個飲料瓶3。容器1由導(dǎo)熱良好的、形狀穩(wěn)定的材料例如鋁構(gòu)成。由該容器的內(nèi)壁4及外壁5限定邊界的密封地封閉的空心室6包含有載熱流體，該載熱流體在空心室6的下部的部分7中處于液態(tài)狀態(tài)，在上部的部分8中處于氣態(tài)狀態(tài)。下部的部分7與上部的部分8之間的液面9可視容器1的溫度而定稍微地波動；但載熱流體的量被這樣地確定大小，使得包含有氣態(tài)的載熱流體的上部的部分8在任何溫度下都具有內(nèi)室2容積的主要部分，但該容積即使在現(xiàn)實的工作條件下也決不使該載熱流體完全汽化，而是載熱流體與內(nèi)壁4之間的接觸始終保持。
在液面9上方通過一個用實心金屬制成的分配體10將一個珀爾帖元件11固定在外壁5上。在通常的工作條件下，該珀爾帖元件11由一個未示出的電源提供以這樣的極性，使得朝著分配體10的側(cè)是珀爾帖元件11的冷的側(cè)。該珀爾帖元件的熱的側(cè)與一個熱交換器12處于接觸，該熱交換器用于將熱能從珀爾帖元件11的熱的側(cè)導(dǎo)散到周圍的環(huán)境。在此表示成簡單的平板的熱交換器12當(dāng)然可以以本身公知的方式設(shè)置有一些用于使熱量到空氣的排放增強的冷卻肋。
當(dāng)珀爾帖元件11工作時，該珀爾帖元件通過分配體10冷卻外壁5的與該分配體鄰接的區(qū)域，由此，在分配體10的高度上的外壁5是容器1的最冷的位置。上部的部分8的蒸汽狀的載熱流體優(yōu)選在這個部位冷凝并且從這里流出到下部的部分7中。由此引起上部的部分8中的蒸汽壓力降低到飽和蒸汽壓力之下，其結(jié)果是在液面9處增強地進行汽化并且因此從液相排出熱量。由此冷卻下來的載熱液體使內(nèi)室2及處于該內(nèi)室處的瓶冷卻。
在圖3中以水平剖視圖示出的第二構(gòu)型的冷卻裝置中，三個珀爾帖元件11及三個分配體10在外壁5的圓周上分布地設(shè)置，并且它們的熱交換器合并成一個圓柱狀的套管12′。相鄰的珀爾帖元件之間的中間空間填充有隔絕泡沫材料13。
圖4示出了處于平放姿態(tài)中圖1的冷卻裝置，該冷卻裝置具有位于上部的珀爾帖元件11。液態(tài)的載熱流體與圓柱狀的內(nèi)壁及外壁4、5在它們的整個長度上及在它們的部分圓周上接觸。因為瓶3貼靠在內(nèi)壁4的由液態(tài)的載熱流體接觸的圓周區(qū)段上，所以得到瓶與液態(tài)的載熱流體之間的緊密熱接觸并且由此得到特別有效力的冷卻。該裝置的作用方式在圖4平放定向中與在圖1豎立定向中的作用方式相同。
圖5示出了圖1中冷卻裝置的優(yōu)選的進一步構(gòu)型，也是豎立定向。內(nèi)壁4在其整個高度上由一個多細孔的層14覆蓋。層14的微孔這樣地細小，使得液態(tài)的制冷介質(zhì)流體通過毛細效應(yīng)擴散到該層中。載熱流體的填充量比在圖1的構(gòu)型中小，液面9僅這樣程度地高于內(nèi)壁4的底15，使得保證在內(nèi)壁4的圓柱狀部分的整個高度上延伸的層14始終在其下邊緣處浸入在液相中。
多細孔的層可由一種陶瓷材料例如氧化鋁或一種基于氧化鋁的混合物或由硅膠構(gòu)成，該硅膠例如可作為懸浮體與粘結(jié)劑一起施加在內(nèi)壁4上并且可通過懸浮體的液體載體的蒸發(fā)來固化在內(nèi)壁4上。但該多細孔的層也可以是用玻璃纖維、碳纖維、自然的或——以對載熱流體的耐抗性為前提——合成的紡織纖維制成的層，它借助于被纏繞捆綁的絲或線固定在內(nèi)壁4上。對于相應(yīng)的耐抗性，出可考慮用多開孔的聚合物泡沫材料制成的層。
因為多細孔的層14始終被液態(tài)的載熱流體浸潤，所以從內(nèi)室2傳導(dǎo)到空心室中的熱量在內(nèi)壁4的整個面上有助于載熱流體的汽化，由此在分配體10的高度上在外壁5上凝結(jié)的載熱流體被快速地置換并且空心室的上部的部分8中的壓力保持始終接近載熱流體的飽和蒸汽壓力。與圖1的構(gòu)型相比提高的蒸汽壓力可實現(xiàn)更高的凝結(jié)率并且由此可實現(xiàn)更快速的冷卻。
如對第四構(gòu)型的本發(fā)明冷卻裝置在圖6中示出的剖視圖所示，珀爾帖元件11不僅可設(shè)置在外壁上，而且可設(shè)置在在此用1′標(biāo)記的容器的內(nèi)壁4′上。圖6示出了兩個珀爾帖元件11，這些珀爾帖元件各設(shè)置在液面9下方，因此直接地加熱液相的載熱流體并且因此促進其汽化。制冷介質(zhì)的凝結(jié)在容器1′的上部的部分中的外壁5上進行。一個用良好導(dǎo)熱的材料例如鋁制成的、通過珀爾帖元件11冷卻的套管16環(huán)繞著待冷卻的瓶3。
圖7的第五構(gòu)型組合了在內(nèi)側(cè)設(shè)置珀爾帖元件11與浸入到液相的載熱流體中的多細孔的層14。因為液態(tài)的載熱流體在多細孔的層14中攀升，所以珀爾帖元件11在此可在內(nèi)壁上在任意高度上設(shè)置并且由此可使得瓶3在其整個高度上被均勻地冷卻。
顯然，在圖6及圖7的構(gòu)型中還可附加地在外壁5上設(shè)置珀爾帖元件，如圖1至圖5中所示的那樣，以便促進載熱流體凝結(jié)并且由此加速熱量從內(nèi)到外的傳輸。
圖1至圖7中所示的冷卻裝置由于其緊湊的結(jié)構(gòu)形式不僅適合獨立式的應(yīng)用，而且適合應(yīng)用在家用致冷裝置的冷藏室的內(nèi)部。如果根據(jù)本發(fā)明的致冷裝置安裝在這樣一個預(yù)冷卻的環(huán)境中，則在它的內(nèi)室2中易于達到0℃以下的溫度。這可導(dǎo)致內(nèi)室2中的瓶的內(nèi)容物被冷凍并且由此導(dǎo)致瓶破裂。為了避免該問題，根據(jù)一個未示出的進一步構(gòu)型，在內(nèi)室2中設(shè)置一個溫度傳感器，當(dāng)?shù)陀趦鳇c時該溫度傳感器操作一個轉(zhuǎn)換器，每個珀爾帖元件11的供電經(jīng)過了該轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器的操作可以簡單地中斷供給電流，由此使裝置停止冷卻；但也可以的是，通過該轉(zhuǎn)換器使供給電流的極性反向，由此使珀爾帖元件11的熱量傳輸方向反向并且加熱內(nèi)室2。也可預(yù)設(shè)定兩個不同的界限溫度，在低于這些界限溫度時該轉(zhuǎn)換器起作用一個較高的界限溫度，在該界限溫度時僅使供給電流中斷，一個較低的界限溫度，在該界限溫度時該內(nèi)室2的內(nèi)容物被冷凍的迫在眉睫的危險出現(xiàn)并且該內(nèi)室通過供給電流的極性反向而被主動加熱。
權(quán)利要求
1.冷卻裝置，該冷卻裝置具有一個雙壁的容器(1)，其中一個內(nèi)壁(4)限定一個內(nèi)室(2)的邊界，該內(nèi)室用于容納待冷卻的物體，并且一個由該內(nèi)壁(4)及一個外壁(5)包圍的空心室(6)填充有載熱流體，該冷卻裝置還具有熱電元件(11)，該熱電元件用于產(chǎn)生從該容器(1)的內(nèi)壁(4)到外壁(5)的溫度梯度，其特征在于載熱流體的量被這樣地確定大小，使得它的在液態(tài)狀態(tài)下的體積小于該空心室(6)的容積，并且該空心室(6)的包含蒸汽狀態(tài)下的載熱流體的部分(8)貫通地從該內(nèi)壁(4)到該外壁(5)延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，其特征在于該內(nèi)壁(4)與該外壁(5)之間的路徑在該空心室(6)的包含載熱蒸汽的部分(8)中比該部分(8)在橫向于所述路徑定向的方向上的尺寸短。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的冷卻裝置，其特征在于該熱電元件(11)安置在該外壁(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的冷卻裝置，其特征在于該熱電元件(11)安置在該包含載熱蒸汽的部分(8)的高度上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的冷卻裝置，其特征在于該熱電元件(11)埋入在該外壁(5)與一個熱交換器(12′)之間的隔絕層(13)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，其特征在于該熱電元件(11)安置在該內(nèi)壁(4)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的冷卻裝置，其特征在于該熱電元件(11)安置在該空心室(6)的一個填充有液態(tài)的載熱流體的部分(7)的高度上。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項的冷卻裝置，其特征在于該內(nèi)壁(4)在空心室側(cè)具有一個多細孔的層(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的冷卻裝置，其特征在于該多細孔的層(14)的一部分與蒸汽相的載熱流體處于接觸，該多細孔的層(14)的另一部分與液相的載熱流體處于接觸。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項的冷卻裝置，其特征在于該冷卻裝置具有一個溫度傳感器及一個轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)由該溫度傳感器檢測的溫度來使該熱電元件(11)的供給電流中斷或反向。
全文摘要
該冷卻裝置具有一個雙壁的容器(1)，其中一個內(nèi)壁(4)限定一個內(nèi)室(2)的邊界，該內(nèi)室用于容納待冷卻的物體，并且一個由該內(nèi)壁(4)及一個外壁(5)包圍的空心室(6)填充有載熱流體，該冷卻裝置還具有熱電元件(11)，該熱電元件用于產(chǎn)生從該容器(1)的內(nèi)壁(4)到外壁(5)的溫度梯度。載熱流體的量被這樣地確定大小，使得它的在液態(tài)狀態(tài)下的體積小于該空心室(6)的容積，并且該空心室(6)的包含蒸汽狀態(tài)下的載熱流體的部分(8)連貫地從該內(nèi)壁(4)到該外壁(5)延伸。
文檔編號F25B21/02GK1989386SQ200580024894
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者曼努埃爾·多明格斯阿隆索, 薩爾瓦多·曼努埃爾·加西亞圣瑪麗亞, 何塞·曼努埃爾·拉穆埃拉羅薩諾 申請人:Bsh博世和西門子家用器具有限公司