DE29716137U1 - Tragbares Kühlsystem - Google Patents
Tragbares KühlsystemInfo
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Description
Beschreibung
Tragbares Kühlsystem
Die Erfindung betrifft ein tragbares Kühlsystem mit optimiertem Energieverbrauch, das
zur Schaffung eines nutzbaren Kühlraumes ein Peltier-Kühlmodul verwendet, welches
zur besseren Wärmeübertragung auf der Warm- und Kaltseite mit je einem metallischen
Kühlkörper und zumindest auf der Warmseite mit einem Lüfter versehen wird. Durch die
Maßnahmen nach den Merkmalen von Anspruch 1 wird der Energieverbrauch stark reduziert, so daß der Bau eines tragbaren, handlichen Kühlsystems möglich wird, das
z.B. zur Aufbewahrung von Medikamenten, insbesondere von Insulin gut geeignet ist.
Oft werden temperaturempfindliche Produkte z.B. für medizinische Zwecke benötigt, die
kühl aufbewahrt und transportiert werden müssen. So stehen z.B. insulinpflichtige
Diabetiker nicht selten vor dem Problem, auf Reisen das für sie lebenswichtige Insulin
vor unzulässiger Erwärmung zuverlässig und ununterbrochen schützen zu müssen. Die
bisher hilfsweise benutzten Kühltaschen, die gut isoliert und mit vorgekühlten
Kühlpatronen versehen werden, lösen das Problem nur unbefriedigend und nur für eine
begrenzte Zeit. Eine handliche Kühlbox, die auch von einer Batterie versorgt und
problemlos bei Reisen mitgenommen werden kann, ist nicht erhältlich. Herkömmliche
tragbare Kühlgeräte mit einem Peltier-Kühlmodul, wie sie z.B. im Freizeitbereich benutzt
werden, sind unhandlich und zeichnen sich durch hohen Energiebedarf aus, so daß stets
eine leistungsstarke Stromquelle erforderlich ist. Bei diesen Geräten wird das Peltier-Kühlmodul
typischerweise mit 12 Volt Gleichstrom und 3 bis 4,5 Ampere, entsprechend 36 bis 54 Watt versorgt.
Ein Peltier-Modul zeichnet sich dadurch aus, daß beim Anschluß an eine
Gleichstromquelle die eine Seite warm und die andere Seite kalt wird. Ein Petier-Modul
kann damit je nach Richtung des fließenden elektrischen Stromes zum Kühlen oder zum
Erwärmen benutzt werden. Wird ein Peltier-Modul zum Kühlen verwendet, so muß an der Warmseite neben der abzuführenden Wärme aus dem Kühlraum zusätzlich die
unvermeidliche Joulesche Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Aus diesem Grund wird die Warmseite mit einem großen Kühlkörper versehen, der von einem Lüfter
angeblasen wird. Die Kaltseite wird direkt oder über einen metallischen Kühlkörper mit
dem zu kühlenden Raum in Kontakt gebracht, wie es z.B. in der deutschen Offenlegungsschrift 35 03 281 und der internationalen Offenlegungsschrift WO 87/
077704 beschrieben ist. Die effektive Kühlleistung des Peltier-Kühlmoduls ist
-2-
proportional zu der Stromstärke und hängt ab von der Temperaturdiiferenz zwischen
der Warm- und Kaltseite, die möglichst klein gehalten werden soll. Bei einer im Handel
erhältlichen Kühlbox wird für die Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls ein Lüfter eingesetzt,
der zusammen mit dem Lüfter für die Warmseite von einem Elektromotor angetrieben
wird. Auch bei dieser Kühlbox befindet sich die mit metallischem Kühlkörper versehene
Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls im nutzbaren Kühlraum und ist mit diesem immer im
thermischen Kontakt. Durch die Umwälzung der Kaltluft im Kühlraum wird die Wärmeübertragung zwischen Kühlraum und Peltier-Kühlmodul verbessert. Die
Temperatur des Kühlraumes wird nicht reguliert. Der Energiebedarf beträgt 36 W, so
daß man immer eine leistungsstarke Stromquelle, z.B. einen Anschluß an eine Autobatterie braucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem zu entwickeln, das die oben
genannten Nachteile der bisher bekannten Kühlgeräte mit Peltier-Kühlmodul vermeidet
und sich durch einen stark reduzierten Energiebedarf auszeichnet. Damit wird der Bau
eines tragbaren und handlichen Kühlsystems möglich, wie es z.B. von insulinpflichtigen
Diabetikern dringend benötigt wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in überraschender Weise dadurch
gelöst, daß im Gegenteil zu dem bekannten Stand der Technik, wonach die Kaltseite des
Peltier-Kühlmoduls stets möglichst guten thermischen Kontakt zu dem nutzbaren Kühlraum haben soll, ein Kühlsysten vorgeschlagen wird, bei dem der nutzbare
Kühlraum von der mit einem metallischen Kühlkörper versehenen Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls
thermisch isoliert wird. Eine gute thermische Kopplung, die durch Umwälzung eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgers zwischen beiden Räumen
realisiert wird, findet nur dann statt, wenn ein Kühlen des nutzbaren Kühlraumes auf
5 eine gewünschte Temperatur erforderlich ist. In der übrigen Zeit wird der thermische
Kontakt über die unvermeidliche thermische Brücke Peltier-Kühlmodul zwischen nutzbarem Kühlraum und Umgebung auf ein Minimum reduziert. Zur Einhaltung der
gewünschten Temperatur im Kühlraum kann daher der Stromkreis des Peltier-Kühlmoduls
ein- und ausgeschaltet und gleichzeitig oder zeitversetzt die Umwälzung des Wärmeträger in Gang gebracht bzw. ausgesetzt werden, ohne übermäßigen
Wärmeaustausch zwischen Kühlraum und Umgebung zu haben.
Das erfindungsgemäße tragbare Kühlsystem unterscheidet sich in vorteilhafter Weise von
den bekannten Kühlgeräten dadurch, daß es sich durch einen stark reduzierten
Energieverbrauch auszeichnet, über einen Kühlraum mit einstellbarer Temperatur verfugt
und von einer handelsüblichen wiederaufladbaren Batterie von z.B. 6 Volt und 10
Ampere. Stunden oder auch über entsprechende Adapter von einer Autobatterie oder
direkt vom Netz versorgt wird. Damit ist das handliche, tragbare Kühlsystem z.B. zum
Aufbewahren von Medikamenten, insbesondere von Insulin daheim und/oder unterwegs
in idealer Weise geeignet.
Das tragbare Kühlsystem kann nach der Erfindung besonders vorteilhaft betrieben
werden, wenn zur Wärmeübertragung zwischen dem nutzbaren Kühlraum und der von
diesem thermisch isolierten und mit einem Kühlkörper aus Aluminium versehenen Kaltseite des Peltier-Kühimoduls Luft eingesetzt wird, die nur während der Abkühlphase
zwischen beiden Räumen umgewälzt wird. Unter Abkühlphase ist die Zeit zu verstehen,
in der der nutzbare Kühlraum auf die gewünschte Temperatur gekühlt werden muß und
die Kaltseite des Peltier-Kühimoduls eine niedrigere Temperatur als im Kühlraum aufweist. Dies ist der Fall, wenn das Peltier-Kühlmodul an die Stromquelle angeschlossen
ist. Da der Aluminium-Kühlkörper eine eigene Wärmekapazität besitzt, die möglichst
klein sein soll, kann die Abkühlphase vorteilhafterweise erst zeitversetzt nach Einschalten
des Stromkreises des Peltier-Kühimoduls beginnen und zeitversetzt nach Abschalten des
Stromkreises enden. Zur Umwälzung der kalten Luft ist ein Radiallüfter vorteilhaft, der
auch gemeinsam mit dem Lüfter für die Warmseite des Peltier-Kühimoduls von einem
Elektromotor angetrieben wird, der parallel zum Kühlmodul an die Gleichstromquelle
angeschlossen wird. Die Leistung des Elektromotors wird so gewählt, daß die
Temperaturen der metallischen Kühlkörper an der Warm- und Kaltseite des Peltier-Kühimoduls
nur wenig, vorzugsweise unter 5 0C, oberhalb der Umgebungstemperatur
bzw. unterhalb der Temperatur im Kühlraum liegen. Der nutzbare Kühlraum und die mit
Aluminium-Kühlkörper versehene Kaltseite des Peltier-Kühimoduls werden so gestaltet,
5 daß eine reibungsarme Umwälzung der Kaltluft stets gewährleistet ist. Die Temperatur
im Kühlraum kann vorzugsweise auf zwei Werte, z.B. 7 0C und 22 0C mit einer
Schwankungsbreite von maximal 2 0C, automatisch eingestellt werden. Damit ist das
tragbare Kühlsystem z.B. zum langfristigen und sicheren Aufbewahren eines Vorrats an
Insulin bei 7 0C, aber auch zum Schützen von täglich gebrauchtem Insulin vor
0 unzulässiger Erwärmung sehr gut geeignet.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau des erfindungsgemäßen Kühlsystems
wiedergegeben. Dargestellt ist beispielhaft nur die Variante mit Luft als Wärmeträger
zwischen dem Kühlraum und der mit metallischem Kühlkörper versehenen Kaltseite des
Peltier-Kühimoduls. Das Peltier-Modul (1), das beim Anschluß an die nicht
5 mitgezeichnete wiederaufladbare 6 V-Batterie Wärme von der Kaltseite (2) nach der
-4-
Warmseite (3) transportiert, ist mit zwei Aluminium-Kühlkörpern (4) und (5) für die
Warm- bzw. Kaltseite versehen. Erfindungsgemäß ist der nutzbare Kühlraum (7) von der
mit Alunumum-Kühlkörper (5) versehenen Kaltseite (2) des Peltier-Moduls (1) durch
die Isolierung (6) thermisch weitestgehend abgetrennt. Zur Wärmeübertragung zwischen
beiden Räumen während der Abkühlphase wird die Kaltluft mit Hilfe des Radiallüfters
(8) im Kreis umgewälzt. Dabei wird die Luft bei (16) aus dem Kühlraum (7) angesaugt,
über den Kühlkörper (5) geschickt und bei (15) wieder in den Kühlraum befördert. Der
Radiallüfter (8) wird gemeinsam mit dem Radiallüfter (9) für die Warmseite des Peltier-Moduls
vom Elektromotor (10) angetrieben, der ebenfalls an die wiederaufladbare
Batterie angeschlossen ist. Die Umgebungsluft, die vom Radiallüfter (9) angesaugt und
über den zu kühlenden Kühlkörper (4) geschickt wird, tritt bei (17) wieder aus. Von der
Umgebung sind der Kühlraum (7) und die mit Kühlkörper (5) versehene Kaltseite des
Peltier-Moduls durch Schaumisolierstoff (11) thermisch gut abgetrennt. Zur Gewährleistung einer aerodynamisch günstigen, reibungsarmen Strömung der Kaltluft
während der Abkühlphase befindet sich im nutzbaren Kühlraum eine geeignete, durch die
Distanzstücke (13) gehaltene Vorrichtung (12) zur Aufnahme der kühl
aufzubewahrenden Güter. Der Kühlraum ist mit einem Deckel (14) versehen, der so
gestaltet wird, daß neben einer guten thermischen Isolierung von der Umgebung die
Luftströmung im Kühlraum flicht behindert wird. Das tragbare Kühlsystem ist mit herkömmlichen Temperatursensoren und -regler versehen, die die Einhaltung einer
vorher eingestellten Temperatur im Kühlraum gewährleisten. Zum Umfang des tragbaren
Kühlsystems gehört auch ein Netzteil zum Anschluß an eine 12 V-Autobatterie oder
direkt an das öffentliche Netz.
Beispielsweise wurde das in Fig. 1 skizzierte tragbare Kühlsystem an eine 6 V-Batterie
5 angeschlossen und unter anderem folgenden Untersuchungen unterzogen. Zuerst wurde
das System mit einem elektronischen Temperatur-Differenzschalter ausgestattet. Der
Elektromotor (10) für die Radiallüfter (8) und (9) wurde parallel zu dem Peltier-Kühlmodul
an die 6 V-Batterie angeschlossen und mit einem Zeitverzögerer ausgestattet, der dafür sorgte, daß der Motor erst 2 Minuten nach Schließen des Stromkreises des
Peltier-Moduls eingeschaltet und erst 2 Minuten nach Ausschalten des Peltier-Moduls
wieder abgeschaltet wurde. Im eingeschalteten Zustand beträgt die Versorgungsspannung 5,68 V und die Stromstärken betragen für das Peltier-Modul
1,15 A und für den Motor 0,088 A, entsprechend einer Leistung von 6,53 W bzw. 0,5
W. Mit Hilfe des Temperatur-Differenzschalters konnte die Temperatur im Kühlraum
unabhängig von der Umgebungstemperatur auf einen bestimmten Wert mit einer
Schwankungsbreite von maximal 2 0C konstant gehalten werden. In Fig. 2 ist das
Ergebnis dieser Untersuchungen fur ein tragbares Kühlsystem mit einem 1,7 Liter großen
Kühlraum wiedergegeben. Auf der Achse (18) ist die Differenz zwischen der
Umgebungstemperatur und der Temperatur im Kühlraum angeben. Auf der unteren Achse (19) ist das Verhältnis f = Zeit, in der der Stromkreis eingeschaltet ist, zu der
Gesamtzeit angegeben. Auf der oberen Achse (20) ist der jeweilige Gesamtenergiebedarf
eingetragen. Bemerkenswert ist der niedrige Energieverbrauch, der im Normalfall
weniger als 20% des Energiebedarfs herkömmlicher Kühlgeräte beträgt, obwohl der
untersuchte Prototyp noch weiter optimiert und verkleinert werden kann. Damit kann das
erfindungsgemäße tragbare Kühlsystem mit einer handelsüblichen wiederaufladbaren
Batterie betrieben und zum Kühlaufbewahren und/oder Schützen von Medikamenten vor
unzulässiger Erwärmung auch auf Reisen mitgenommen werden.
Es ist auch im Sinne dieser Erfindung weitere Konstruktionsvarianten fur das tragbare
Kühlsystem zu entwickeln und das System mit elektronischen Kontroll- und Alarmvorrichtungen oder sonstigen Hilfsgeräten, wie z.B. Solarzellen zu versehen.
Claims (10)
1. Tragbares Kühlsystem, das zur Schaffung eines nutzbaren Kühlraumes ein Peltier-Kühlmodul
verwendet, welches zur besseren Wärmeübertragung auf der Warm- und der Kaltseite mit je einem metallischen Kühlkörper und zumindest auf der Warmseite mit
einem Lüfter versehen wird, dadurch gekennzeichnet , daß
a) der Kühlraum von der Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls einschließlich dem
metallischen Kühlkörper thermisch isoliert wird,
b) zum Kühlen des Kühlraumes ein Wärmeträger benutzt wird, der nur während der Abkühlphase eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Kühlraum und der Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls einschließlich Kühlkörper gewährleistet und c) die Leistung des Peltier-Kühlmoduls so geregelt wird, daß der Kühlraum auf eine einstellbare Temperatur automatisch gehalten wird.
b) zum Kühlen des Kühlraumes ein Wärmeträger benutzt wird, der nur während der Abkühlphase eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Kühlraum und der Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls einschließlich Kühlkörper gewährleistet und c) die Leistung des Peltier-Kühlmoduls so geregelt wird, daß der Kühlraum auf eine einstellbare Temperatur automatisch gehalten wird.
2. Tragbares Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlraum und der Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls
einschließlich Kühlkörper Luft benutzt wird, die zwischen diesen nur während der Abkühlphase im Kreis umgewälzt wird.
3. Tragbares Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlraum und der Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls
einschließlich Kühlkörper eine Flüssigkeit benutzt wird, die zwischen diesen nur während der Abkühlphase im Kreis befördert wird .
4. Tragbares Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Peltier-Kühlmodul an eine wiederaufladbare Batterie
angeschlossen wird und zum Abkühlen des Kühlraumes auf eine vorgegebene
Temperatur die Kühlleistung des Peltier-Kühlmoduls durch Ein- und Ausschalten des
Stromkreises geregelt wird.
5. Tragbares Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
auch während des Aufladens der Batterie mit Hilfe eines Aufladegerätes die Funktion des
Kühlsystems voll gewährleistet wird.
6. Tragbares Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzung des Wärmeträgers zwischen dem
Kühlraum und der mit Kühlkörper versehenen Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls nur bei
eingeschaltetem Stromkreis des Peltier-Kühlmoduls erfolgt.
-2-
7. Tragbares Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umwälzung des Wärmeträgers zwischen dem Kühlraum und der mit Kühlkörper versehenen Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls
zeitverzögert nach dem Einschalten des Stromkreises des Peltier-Kühlmoduls in Gang
gesetzt und zeitverzögert nach dem Ausschalten des Stromkreises des Peltier-Kühlmoduls
wieder ausgeschaltet wird.
8. Tragbares Kühlsystem nach den Ansprüchen 1, 2 und 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Umwälzung der kalten Luft zwischen dem Kühlraum und der mit Kühlkörper versehenen Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls ein Radiallüfter
benutzt wird.
9. Tragbares Kühlsystem nach den Ansprüchen 1,2 und 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Radiallüfter zur Umwälzung der kalten Luft zwischen dem Kühlraum und der mit Kühlkörper versehenen Kaltseite des Peltier-Kühlmoduls und
der Lüfter für die Warmseite des Kühlmoduls von einem gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden.
10. Tragbares Kühlsystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlsystem mit einem Schalter versehen wird, mit dem die Temperatur des Kühlraumes zwischen zwei vorher eingestellten Temperaturen,
vorzugsweise zwischen 7 0C und 22 0C, umgeschaltet werden kann.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6519948B2 (en) | 2000-05-03 | 2003-02-18 | Ipv Inheidener Produktions-Und Vertriebagesellschaft Mbh | Insulated container |
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