ТЕМПЕРИРУЕМАЯ ЕМКОСТЬ
TEMPERED CONTAINER

Настоящее изобретение касается темперируемой емкости, имеющей по меньшей мере одно охлаждаемое или нагреваемое внутреннее пространство и имеющей термоэлектрический элемент, в частности имеющей элемент Пельтье, который при эксплуатации производит во внутреннем пространстве емкости холод или тепло.
Из уровня техники известны различные концепции производства холода в холодильных или, соответственно, морозильных приборах. Во всех случаях для наибольшего возможного коэффициента полезного действия и вместе с тем для хорошей энергоэффективности необходим эффективный теплообменник как на стороне холодильной камеры, так и на стороне отводимого тепла, чтобы по возможности снижать преодолеваемую разность температур. В этой связи имеет значение привязка к области производства холода и с холодильной камерой, а также к наружному воздуху, которому отдается отводимое тепло.
Существенным параметром требуемой холодопроизводительности холодильного или, соответственно, морозильного прибора является теплоизоляция, которая окружает охлаждаемое внутреннее пространство. При улучшении теплоизоляции уменьшается потребность в холодопроизводительности. При низкой потребности в холоде его получение может осуществляться более простыми средствами, чем с помощью компрессионных холодильных машин, а именно, в частности, с помощью термоэлектрического элемента. Известно, например, применение элемента Пельтье. Так, например, небольшому, изолированному вакуумной изоляцией холодильному шкафу нужна холодопроизводительность только 3-4 кВт, которая, напр., может обеспечиваться термоэлектрическим элементом.
При применении элементов Пельтье особенность заключается в том, что создаваемая холодопроизводительность и отводимое тепло возникают в непосредственной пространственной близости - хладагент в качестве теплоносителя отсутствует. В этом случае имеет особое значение теплообмен с охлаждаемым внутренним пространством, а также с наружным воздухом, которому отдается тепло. Из уровня техники известно улучшение этого теплообмена у холодильных приборов Пельтье, таких как, напр., переносные холодильные боксы, с помощью ребристых теплообменников и с помощью создаваемого вентиляторами потока воздуха. Их потребная мощность имеет порядок величины, близкий к порядку величины элемента Пельтье.
Эти рассуждения никоим образом не ограничены холодильными и/или морозильными приборами, а относятся к теплоизолированным емкостям вообще, при этом теплоизолированные емкости, подразумеваемые этими рассуждениями, имеют по меньшей мере одно темперируемое внутреннее пространство, которое может быть охлаждаемым или нагреваемым, так что во внутреннем пространстве получается температура ниже или выше температуры окружающей среды, равной, напр., 21°C.
В основе настоящего изобретения лежит задача, усовершенствовать темперируемую емкость вышеназванного рода в том отношении, чтобы достигался наилучший возможный отвод производимого тепла в темперируемое внутреннее пространство с целью его нагрева или, соответственно, поддержания тепла, или наружу с целью охлаждения внутреннего пространства.
Эта задача решается с помощью темперируемой емкости с признаками п.1 формулы изобретения.
В соответствии с этим предусмотрено, что для темперирования внутреннего пространства емкости имеются несколько термоэлектрических элементов, которые расположены на пространственном расстоянии друг от друга.
Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит идея, использовать для темперирования охлаждаемого внутреннего пространства не только один единственный термоэлектрический элемент, а по меньшей мере два термоэлектрических элемента. Благодаря этому может производиться улучшенное темперирование (нагрев или охлаждение) внутреннего пространства, так как отводимое тепло в случае охлаждения внутреннего пространства может хорошо передаваться наружной облицовке устройства, а в случае нагрева - хорошо передаваться ограничивающей внутреннее пространство стенке.
Кроме того, применение нескольких термоэлектрических элементов, которые расположены, будучи распределены пространственно, дает возможность целенаправленного темперирования различных областей внутреннего пространства, так что там могут обеспечиваться различные холодо-/теплопроизводительности в различных местах.
Предпочтительно предусмотрено, что емкость имеет основные поверхности, и что по меньшей мере два из термоэлектрических элементов расположены на различных основных поверхностях. Под «основными поверхностями» в случае емкости в виде шкафа понимаются две боковые стенки, крышная стенка, дно и задняя стенка, а в случае емкости в виде витрины - две боковые стенки, передняя стенка, задняя стенка и дно.
Возможно, чтобы в каждой из основных поверхностей или в части основных поверхностей было расположено по меньшей мере по одному термоэлектрическому элементу. Возможно, например, в случае емкости в виде шкафа, чтобы в боковых стенках, в дне и в крышной стенке было расположено по меньшей мере по одному термоэлектрическому элементу.
Альтернативно или дополнительно этому может быть предусмотрено, чтобы один или несколько термоэлектрических элементов были расположены в закрывающем элементе (дверь, крыша, откидная крышка, фасад выдвижного ящика и пр.), посредством которого может закрываться темперируемое внутреннее пространство.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что этот или эти термоэлектрические элементы соединены с возможностью проведения тепла с предпочтительно пассивно работающим первичным теплообменником. Под пассивно работающим теплообменником следует понимать элемент, который проводит или иным образом передает тепло от или к термоэлектрическому элементу, без необходимости для этого подвода энергии.
Первичный теплообменник может быть расположен на холодной и/или на теплой стороне термоэлектрического элемента.
Возможно, чтобы первичный теплообменник состоял из металлического корпуса, предпочтительно из алюминия, или содержал металл, в частности алюминий. Этот или эти металлические корпуса соединены, таким образом, с холодной и/или с теплой стороной термоэлектрического элемента и проводит тепло к термоэлектрическому элементу или отводит тепло от термоэлектрического элемента.
Для привязки отводимого тепла, т.е. для передачи тепла без больших градиентов температуры, предпочтительно, если этот или эти первичные теплообменники имеют площадь поперечного сечения, которая увеличивается с увеличивающимся расстоянием до термоэлектрического элемента, так что тепло или, соответственно, отводимое тепло распределяется по большей площади.
Особенно предпочтительно, если этот или эти термоэлектрические элементы расположены таким образом, что они соединены с возможностью проведения тепла или передачи тепла, с наружной облицовкой и/или с ограничивающей внутреннее пространство внутренней стенкой емкости, так что наружная облицовка и/или внутренняя стенка служат вторичным теплообменником.
Наружная облицовка емкости и/или ограничивающая внутреннее пространство внутренняя стенка емкости может частично или целиком состоять из металла или содержать металл, причем этот металл предпочтительно представляет собой алюминий.
Если предусмотрены по меньшей мере один первичный и по меньшей мере один вторичный теплообменник, они соединены друг с другом, непосредственно или опосредствованно передавая тепло, в частности с возможностью проведения тепла.
Предпочтительно предусмотрено, что наружная облицовка и/или ограничивающая внутреннее пространство внутренняя стенка емкости частично или полностью состоит их металлического листа.
При этом предпочтительно предусмотрено, что лист имеет толщину <3 мм, предпочтительно толщину от 1 до 2 мм.
Если темперируемая емкость представляет собой холодильный или, соответственно, морозильный прибор, для распределения отводимого тепла по всей наружной облицовке прибора достаточно, если она состоит из алюминиевого листа с толщиной от 1 до 2 мм. Эта наружная облицовка может находиться на каждой стороне корпуса или только на части сторон корпуса.
Так как вырабатываемое количество холода меньше, чем отводимое тепло, внутри прибора, т.е. во внутреннем пространстве, не существует таких высоких требований к теплообменнику. Тем не менее, целесообразно изготавливать внутренний резервуар, т.е. ограничивающую внутреннее пространство стенку, тоже из металлического листа и предпочтительно из алюминиевого листа, причем для этого может использоваться меньшая толщина листа, чем для наружной облицовки.
Емкость может быть выполнена подобно шкафу и иметь заднюю стенку, две боковые стенки, крышу и дно, или, в случае витрины, две боковые стенки, заднюю стенку, дно и переднюю стенку. В каждой или по меньшей мере в двух из названных стенок может быть расположен по меньшей мере один термоэлектрический элемент.
Как было указано выше, емкость может иметь закрывающий элемент, такой как, напр., дверь, крышку или тому подобное, и указанный по меньшей мере один термоэлектрический элемент может быть расположен в закрывающем элементе.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что во внутреннем пространстве существуют разные температурные зоны. Так, например, могут быть предусмотрены зоны охлаждения различных температур, при этом в одной зоне может иметь место обычная температура традиционного холодильного отделения, а в другой зоне обычная температура ячейки холодильного склада.
Это может достигаться, напр., путем отдельной настройки отдельных термоэлектрических элементов.
Эта отдельная настройка может использоваться не только для того, чтобы предусматривать области различной температуры внутри охлаждаемого или нагреваемого внутреннего пространства, а также чтобы, в случае особенно большого поступления тепла в области внутреннего пространства, напр., при закладывании охлаждаемого или замораживаемого продукта, создавать там особенно большую холодопроизводительность. Соответствующее относится к обратному случаю нагреваемой емкости.
Таким образом, может быть предусмотрен по меньшей мере один блок управления или регулирования, который настраивает все эти несколько термоэлектрических элементов одинаковым или различным образом, так что они обеспечивают идентичные или отличающиеся друг от друга производительности.
Особенно предпочтителен вариант осуществления, при котором между ограничивающей внутреннее пространство внутренней стенкой и наружной стенкой расположена теплоизоляция, которая состоит из системы полного вакуума. Под этим следует понимать теплоизоляцию, которая исключительно или преимущественно состоит из вакуумированной области, наполненной сердцевинным материалом. Ограничение этой области может, например, состоять из вакуум-плотной пленки и предпочтительно высокобарьерной пленки. Таким образом, между внутренней стенкой прибора и наружной стенкой в качестве теплоизоляции может находиться исключительно такой пленочный элемент, имеющий окруженную вакуум-плотной пленкой область, в которой действует вакуум и в которой расположен сердцевинный материал. Запенивание и/или вакуум-изоляционные панели в качестве теплоизоляции или другая теплоизоляция, кроме системы полного вакуума, между внутренней стороной и наружной стороной емкости предпочтительно не предусмотрены.
Этот предпочтительный вид теплоизоляции в виде системы полного вакуума может распространяться между ограничивающей внутреннее пространство стенкой и наружной облицовкой корпуса и/или между внутренней стороной и наружной стороной закрывающего элемента, такого как, напр., дверь, откидная крышка, крышка или тому подобное.
Система полного вакуума может выполняться так, чтобы оболочка из газонепроницаемой пленки наполнялась сердцевинным материалом и после этого вакуум-плотно запечатывалась. В одном из вариантов осуществления как наполнение, так и вакуум-плотное запечатывание облицовки осуществляется при нормальном давлении или, соответственно, давлении окружающей среды. Тогда вакуумирование осуществляется путем присоединения надлежащего заделанного в оболочку разъема, например, штуцера для вакуумирования, который может иметь клапан, к вакуумному насосу. Предпочтительно во время вакуумирования вне оболочки действует нормальное давление или, соответственно, давление окружающей среды. В этом варианте осуществления предпочтительно ни в один момент времени изготовления не требуется вводить оболочку в вакуумную камеру. Поэтому в одном из вариантов осуществления во время изготовления вакуумной изоляции можно обойтись без вакуумной камеры.
Под вакуум-плотной или диффузионно-плотной оболочкой или, соответственно, под вакуум-плотным или диффузионно-плотным соединением или, соответственно, под термином «высокобарьерная пленка» предпочтительно понимается оболочка или, соответственно, соединение или, соответственно, пленка, посредством которой поступление газа в вакуумный изоляционный элемент снижено так сильно, что обусловленное поступлением газа повышение теплопроводности вакуумного изоляционного элемента в течение его срока службы достаточно мало. В качестве срока службы может, например, устанавливаться период времени в 15 лет, предпочтительно в 20 лет и особенно предпочтительно в 30 лет. Предпочтительно обусловленное поступлением газа повышение теплопроводности вакуумного изоляционного элемента в течение его срока службы составляет <100% и особенно предпочтительно <50%.
-5
2
-6
2
-2
2
-3
2
Предпочтительно удельная скорость проникновения газа на единицу площади оболочки или, соответственно, соединения или, соответственно, выкокобарьерной пленки составляет <10 мбар*л/с*м и особенно предпочтительно <10 мбар*л/с*м (измерено по ASTM D-3985). Эта скорость проникновения газа относится к азоту и кислороду. Для других сортов газа (в частности, водяной пар) тоже имеют место низкие скорости проникновения газа, предпочтительно в пределах <10 мбар*л/с*м и особенно предпочтительно <10 мбар*л/с*м (измерено по ASTM D-3985). Предпочтительно благодаря этим низким скоростям проникновения газа достигаются вышеназванные низкие значения повышения теплопроводности.
Одной из известных из области вакуумных панелей оболочечных систем являются так называемые высокобарьерные пленки. Под этим в рамках настоящего изобретения предпочтительно понимаются одно- или многослойные пленки (которые предпочтительно являются термосваривающимися), имеющие один или несколько барьерных слоев (обычно металлические слои или оксидные слои, при этом в качестве металла или оксида предпочтительно находит применение алюминий или, соответственно, оксид алюминия), которые удовлетворяют вышеназванным требованиям (увеличение теплопроводности и/или удельной скорости проникновения газа на единицу площади) в качестве барьера против поступления газа.
Вышеназванные значения или, соответственно, состав высокобарьерной пленки представляют собой примерные, предпочтительные данные, которые не ограничивают изобретение.
Предпочтительно предлагаемая изобретением емкость представляет собой холодильный и/или морозильный прибор, внутреннее пространство которого охлаждается термоэлектрическими элементами. Однако изобретение включает в себя также тот случай, когда речь идет о емкости, внутреннее пространство которой нагревается термоэлектрическими элементами.
Темперируемое внутреннее пространство, в зависимости от вида прибора (холодильный прибор, тепловой шкаф и пр.) либо охлаждается, либо нагревается.
Холодильный и/или морозильный прибор может, например, представлять собой бытовой прибор или, соответственно, промышленный холодильный прибор. Например, сюда включены такие приборы, которые предназначены для стационарной установки в домашнем хозяйстве, в номере отеля, в профессиональной кухне или в баре. Например, речь может идти также о холодильнике для вина. Кроме того, изобретение включает в себя также холодильные и/или морозильные витрины. Предлагаемые изобретением приборы могут иметь разъем для подключения к электроснабжению, в частности к домашней электросети (напр., штекер) и/или приспособление для отдельной установки или встраивания, такие как, например, установочные ножки или разъемы для фиксации внутри мебельной ниши. Например, этот прибор может представлять собой встраиваемый прибор или же отдельно стоящий прибор.
В одном из вариантов осуществления емкость или, соответственно, прибор выполнен таким образом, что он может эксплуатироваться с переменным напряжением, таким как, например, напряжение домашней сети, напр., 120 В и 60 Гц или 230 В и 50 Гц. В одном из альтернативных вариантов осуществления емкость или, соответственно, прибор выполнен таким образом, что он может эксплуатироваться с постоянным током напряжения, например, 5 В, 12 В или 24 В. В этом варианте осуществления может быть предусмотрено, чтобы внутри или вне прибора был предусмотрен блок питания штекера, посредством которого эксплуатируется прибор. Преимущество применения термоэлектрических тепловых насосов в этом варианте осуществления в том, что все проблемы электромагнитной совместимости возникают только на блоке питания.
В частности, может быть предусмотрено, чтобы холодильный и/или морозильный прибор имел конфигурацию шкафа и имел полезное пространство, которое доступно для пользователя с его передней стороны (в случае лотка с верхней стороны). Полезное пространство может быть разделено на несколько отделений, которые все эксплуатируются при одних и тех же или при различных температурах. Альтернативно может быть предусмотрено только одно отделение. Внутри полезного пространства или, соответственно, отделения могут быть также предусмотрены приспособления для складирования, такие как ячейки для складывания, выдвижные ящики или держатели для бутылок (в случае лотка также разделители пространства), для обеспечения оптимального складирования охлаждаемых или замораживаемых продуктов и оптимального использования площади.
Полезное пространство может быть закрыто по меньшей мере одной поворачиваемой вокруг вертикальной оси дверью. В случае витрины в качестве закрывающего элемента возможна поворачиваемая вокруг горизонтальной оси откидная крышка или сдвижная крышка. Дверь или другой закрывающий элемент в закрытом состоянии может быть по существу воздухонепроницаемо соединен с корпусом с помощью периметрического магнитного уплотнения. Предпочтительно также эта дверь или, соответственно, другой закрывающий элемент теплоизолирован, при этом теплоизоляция может обеспечиваться с помощью запенивания и при необх. с помощью вакуумных изоляционных панелей, или же предпочтительно с помощью вакуум-системы и особенно предпочтительно с помощью системы полного вакуума. На внутренней стороне двери при необх. могут быть предусмотрены дверные полки, чтобы там также можно было хранить охлаждаемые продукты.
3
3
3
В одном из вариантов осуществления речь может идти о малогабаритном приборе. В таких приборах полезное пространство, которое определено внутренней стенкой резервуара, имеет, например, объем меньше 0,5 м, меньше 0,4 м или меньше 0,3 м.
Наружные размеры резервуара или, соответственно, прибора по высоте, ширине и глубине лежат предпочтительно в пределах до 1 м.
Но изобретение не ограничено холодильными и/или морозильными приборами, а касается вообще приборов, имеющих темперируемое внутреннее пространство, например, также тепловых шкафов или тепловых витрин.
Другие подробности и преимущества изобретения поясняются подробнее с помощью изображенного на чертеже примера осуществления. На единственной фигуре показан вид продольного сечения холодильного и/или морозильного прибора в соответствии с изобретением.
На фигуре ссылочным обозначением 10 обозначен корпус холодильного и/или морозильного прибора в виде шкафа.
Корпус 10 имеет две боковые стенки 12, крышу 14 и дно 16. Вместе с задней стенкой и дверью они ограничивают охлаждаемое внутреннее пространство 100.
Как явствует из фигуры, на двух боковых стенках 12, на крышной стенке 14 и в дне 16 предусмотрено по одному термоэлектрическому элементу 20.
В принципе, для каждой стенки может быть предусмотрен только один такой термоэлектрический элемент. Однако изобретение включает в себя также тот случай, когда в одной или нескольких стенках имеются два или больше двух термоэлектрических элементов.
Также возможно и включено в изобретение расположение одного или нескольких термоэлектрических элементов на задней стороне прибора.
Каждый из термоэлектрических элементов 20, как на обращенной к внутреннему пространству 100 холодной стороне, так и на направленной наружу теплой стороне, соединен с собственным теплообменником 30, 40 с возможностью передачи тепла, в частности с возможностью проведения тепла. Эти первичные теплообменники 30, 40 представляют собой металлические корпуса, напр., из алюминия.
При эксплуатации термоэлектрических элементов 20 через их холодную сторону и посредством теплообменника 30 и внутренней стенки I из охлаждаемого внутреннего пространства отбирается тепло. Это тепло через теплую сторону термоэлектрического элемента 20, теплообменник 40 и наружную стенку A отводится в окружающую среду.
Как явствует также из фигуры, поперечное сечение первичных теплообменников 30, 40 увеличивается, начиная от термоэлектрического элемента 20 к наружной стенке A, а также в направлении внутренней стенки I, которая вместе с внутренней стороной двери ограничивает охлаждаемое внутреннее пространство 100. Таким образом отводимое тепло, которое посредством термоэлектрических элементов 20 отводится из внутреннего пространства 100, может распределяться по большей поверхности без увеличенного температурного градиента.
Наружная сторона прибора образуется наружной стенкой A, которая целиком или в отдельных областях состоит из металлического листа, предпочтительно из алюминиевого листа.
В показанном здесь примере осуществления этот лист образует наружную сторону A боковых стенок 12, крыши 14, а также дна 16. Задняя сторона и/или дверь тоже может быть выполнена соответственно на наружной стороне.
Образующий наружную стенку A лист образует вторичный теплообменник, который соединен с первичными теплообменниками 40 с возможностью передачи тепла, в частности проведения тепла.
Внутренняя стенка I тоже образуется металлическим листом, в частности алюминиевым листом. Внутренняя стенка I соединена с первичными теплообменниками 30 с возможностью передачи тепла, в частности проведения тепла.
Термин «теплообменник» в соответствии с настоящим изобретением включает в себя какой угодно элемент, который пригоден для передачи тепла. В предпочтительном варианте осуществления теплообменники образуются металлическими корпусами.
Ссылочное обозначение 50 обозначает теплоизоляцию, которая распространяется между внутренней стенкой I и наружной стенкой A корпуса. Эта теплоизоляция состоит из объема, ограниченного одной или несколькими вакуум-плотными пленками, в котором находится сердцевинный материал, в частности перлит. Другие изолирующие материалы, такие как, напр., запенивание и/или вакуумные изоляционные панели между внутренней стенкой I и наружной стенкой A, предпочтительно не предусмотрены.
Соответствующая теплоизоляция полным вакуумом может быть также предусмотрена для двери или другого закрывающего элемента.
Элементы 20 Пельтье или другие термоэлектрические элементы распределены по геометрии прибора так, что их отводимое тепло наилучшим возможным образом распределяется по наружной облицовке A прибора. Для распределения отводимого тепла по всей наружной облицовке A она может состоять из алюминиевого листа с толщиной от 1 до 2 мм.
Так как вырабатываемое количество холода меньше, чем отводимое тепло, внутри 100 прибора не существует таких высоких требований к теплообменнику. Предпочтительно, тем не менее, для внутренней стенки прибора также применяется лист (напр., алюминиевый лист), который может иметь меньшую толщину, чем лист, образующий наружную облицовку A прибора, или может быть выполнен идентично.
Как было указано выше, путем отдельной настройки термоэлектрических элементов 20 может реализовываться холодильный и/или морозильный прибор или, соответственно, нагреваемый резервуар, в котором имеются различные температурные зоны. Но в принципе, изобретение включает в себя также тот случай, когда в охлаждаемом или нагреваемом внутреннем пространстве 100 действует только одна температура.
В зависимости от схемы соединения термоэлектрических элементов, они могут нагревать или охлаждать внутреннее пространство, так что предлагаемая изобретением емкость может применяться для обеих целей. Так, емкость может выполнять функцию сохранения тепла. Таким образом, этот пример осуществления относится также к нагреваемой емкости, при наличии термоэлектрических элементов 20, настраиваемых обратным образом, у которых теплая сторона находится внутри, а холодная сторона снаружи.
Если емкость не нужна для нагрева, та же самая емкость при соответствующей настройке термоэлектрических элементов может использоваться для охлаждения.
Таким образом, настоящее изобретение касается темперируемого резервуара, имеющего термоэлектрический тепловой насос, при этом для достижения желаемой температуры внутреннего пространства применяется больше одного термоэлектрического элемента на пространственном расстоянии.
Предпочтительно для темперирования охлаждаемого внутреннего пространства используются исключительно термоэлектрические элементы.