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Die
Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung
mit einem ersten Wärmetauscher
und einem thermoelektrischen Modul, welches mit dem ersten Wärmetauscher
mittels Befestigungselementen kontaktiert ist, wobei der erste Wärmetauscher
eine an dem thermoelektrischen Modul anliegende Basisplatte umfasst,
welche zumindest bereichsweise aus einem aluminiumhaltigen Material
ausgebildet ist, durch welche Basisplatte sich die Befestigungselemente
erstrecken. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Wärmetauscheranordnung,
die in einer Wärmepumpe,
insbesondere für
ein Hausgerät,
zum Einsatz kommen kann.
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Aus
einem Dokument, welches am 25. November 2005 von der Internet-Adresse
http://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element
herunterladbar
war, ist ein Peltier-Element in Aufbau und Funktion bekannt, welches
den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist. Die Halbelemente dieses
Peltier-Elements sind säulen-
oder quaderförmig ausgebildet
und bestehen aus dotierten Halbleitern als Werkstoffe. Die Halbleiter
sind insbesondere Wismut-Tellurid, und es kommen ein gleitend dotierter und
ein n-leitend dotierter Halbleiter zum Einsatz. Jeweils ein Halbelement
aus dem p-leitend dotierten Halbleiter und ein Halbelement aus dem
n-leitend dotierten Halbleiter sind jeweils an einer Seite über ein Leiterplättchen,
auch als Metallbrücke
bezeichnet, miteinander verbunden, und an einer anderen Seite, welche
der genannten einen Seite gegenüber
liegt, über
jeweils ein weiteres Leiterplättchen
mit einem weiteren Halbelement oder einem Anschlusskontakt zum Anschluss
des Peltier-Elements an ein elektrisches Netzwerk verbunden.
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Weitere
Hinweise zu Grundlagen, anwendungsbezogener Auswahl und Montage
von Peltier-Elementen ergeben sich aus Dokumenten, die am 25. November
2005 von den Internet-Adressen
http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Erlaeuterung-zu-Peltierelementen.pdf und
http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Einbau.pdf
herunterladbar
waren.
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Aus
der
DE 1 410 206 A geht
ein Hausgerät in
Form einer Waschmaschine hervor, in welcher Waschgut nicht nur gewaschen,
sondern auch getrocknet werden kann. Für die dazu erforderlichen zusätzlichen
Einrichtungen zeigt die Schrift mehrere Alternativen: insbesondere
können
eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines zur Trocknung von
Waschgut eingesetzten Luftstroms und ein einfacher Wärmetauscher
zum Abkühlen
des erwärmten Luftstroms
nach dem Beaufschlagen des Waschguts vorgesehen sein, der Heizer
und der Kühler
können aber
auch zu einer Wärmepumpe
gehören.
Die Wärmepumpe
kann mit Peltier-Elementen zur Nutzung des thermoelektrischen Effekts
arbeiten.
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Es
ist weiterhin bekannt, dass zum Zweck der konvektiven Wärmeabfuhr
von einem elektrischen Bauteil aus Kostengründen ein Aluminiumprofil aus
Strangguss eingesetzt wird. Ein solches Profil hat durch seinen
Herstellungsprozess ein in einer Richtung extrem geringes mechanisches
Widerstandsmoment, insbesondere in Richtung der von einer Basisplatte
ausgehenden Finnen bzw. Kühlrippen.
Eine Erhöhung
des Widerstandsmoments ist zwar durch eine deutlich stärkere Basisplatte
zu erreichen, macht sich aber bei rein konvektiver Wärmeabfuhr
meist sehr negativ bemerkbar. Andererseits muss aber die Kontaktfläche bzw.
der Anpressdruck auf das thermoelektrische Bauteil hoch sein, um
den Wirkungsgrad der Anwendung zu maximieren.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad in einer
mit thermoelektrischen Modulen ausgebildeten gattungsgemäßen Wärmetauscheranordnung
zu erhöhen.
Insbesondere ist es Aufgabe, die mechanische Kontaktierung zwischen
einer Basisplatte eines Wärmetauschers und
dem thermoelektrischen Modul zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Wärmetauscheranordnung,
welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung
umfasst einen ersten Wärmetauscher
und einem thermoelektrischen Modul, welches mit dem ersten Wärmetauscher
mittels Befestigungselementen kontaktiert ist. Dabei umfasst der
erste Wärmetauscher
eine an dem thermoelektrischen Modul anliegende Basisplatte, welche
zumindest bereichsweise aus einem aluminiumhaltigen Material ausgebildet ist
und durch welche Basisplatte sich die Befestigungselemente erstrecken
Erfindungsgemäß ist in einem
Befestigungsbereich eines Befestigungselements ein zusätzliches
Verstärkungselement
angeordnet.
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Dadurch
wird die Steifigkeit der aluminiumhaltigen Basisplatte im Bereich
der Befestigungselemente erhöht
und somit auch die Kontaktfläche
zwischen der Basisplatte und dem thermoelektrischen Modul verbessert.
Die Energieeffizienz der Wärmetauscheranordnung
kann dadurch ebenfalls verbessert werden. Durch das explizit an
den Befestigungsbereichen angebrachte Verstärkungselement kann die Erhöhung der
Kontaktflächen
zwischen der Basisplatte und den Anlageflächen des thermoelektrischen
Moduls erhöht
werden, da eine im Wesentlichen gleich bleibende Anpresskraft bzw.
ein gleich bleibendes Anzugsdrehmoment der mechanischen Verbindung
im Befestigungsbereich erreicht wird.
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Bevorzugt
ist das Verstärkungselement
aus einem Material ausgebildet, welches härter als Aluminium ist. Dadurch
wird die Versteifung der Basisplatte besonders effektiv erreicht.
Bevorzugt ist das Verstärkungselement
aus einfachem Stahl oder Edelstahl ausgebildet. Ein derartig ausgebildetes Verstärkungselement
weist eine deutlich höhere
Steifigkeit als ein Aluminiumbauteil auf. Insbesondere dann, wenn
die Basisplatte als Aluminiumprofil, insbesondere als Strangguss-Aluminiumprofil,
ausgebildet ist, führt
ein derartig ausgebildetes Verstärkungselement
zu einer wesentlichen Erhöhung
der Steifigkeit und zu einer wesentlichen Verbesserung der mechanischen
Kontaktierung zwischen der Basisplatte und dem thermoelektrischen
Modul.
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Bevorzugt
ist das Verstärkungselement
an einer Außenseite
der Basisplatte angeordnet. Dadurch kann das Verstärkungselement
einfach montiert werden und das von außen eingeführte Befestigungselement liegt
dann unmittelbar an diesem Verstärkungselement
an. Auch kann dadurch das Anzugsdrehmoment der gesamten Befestigung
erhöht werden.
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Bevorzugterweise
ist das Verstärkungselement
länglich
ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass separate Verstärkungselemente
für jedes
Befestigungselement vorgesehen sind. Besonders bevorzugt erweist
es sich jedoch, dass ein zusammenhängendes einstückiges Verstärkungselement
für eine
Mehrzahl von Befestigungselementen vorgesehen ist, welche sich durch
das Verstärkungselement und
die dann darunter angeordnete Basisplatte, insbesondere zur Verbindung
mit einem weiteren Wärmetauscher,
erstrecken. Die Erzeugung einer gleich bleibenden Anpresskraft kann
dadurch über
eine größere Länge auf
mehrere thermoelektrische Module erzeugt werden.
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Bevorzugt
ist das Verstärkungselement
zwischen Kühlrippen
angeordnet, welche an der Basisplatte angeordnet sind. Bevorzugt
ist vorgesehen, dass das Verstärkungselement
als Ersatz für
ein oder mehrere dieser Kühlrippen,
welche insbesondere einstückig
mit der Basisplatte verbunden sind, angeordnet sind. Das Einbringen
des Verstärkungselements
kann dadurch Platz sparend und bauraumoptimiert erfolgen, da keine
Vergrößerung gegenüber einer
Ausführung
ohne ein derartiges Verstärkungselement
gegeben ist.
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Das
Verstärkungselement
ist im Querschnitt bevorzugt U-förmig
ausgebildet. Durch ein derartiges U-Profil kann die Befestigung
besonders vorteilhaft erfolgen. Darüber hinaus kann dann das Verstärkungselement
auch zur Wärmeabfuhr
genutzt werden. Neben den Kühlrippen,
welche an der Basisplatte angeordnet sind, dienen dann auch die
Verstärkungselemente
zum Wärmetransport.
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Das
zumindest eine Verstärkungselement
ist in seiner Höhe
und/oder seiner Länge
im Wesentlichen mit den entsprechenden Ausmaßen der benachbart angeordneten
Kühlrippen
ausgebildet. Auch dadurch kann die Ausgestaltung im Hinblick auf Größe und Funktionalität optimiert
werden. Denn einerseits werden die Ausmaße der Gesamtanordnung nicht
verändert,
andererseits kann jedoch auch eine mit dem Verstärkungselement maximal erreichbare Wärmeabfuhr
generiert werden. Die maximal möglichen
Ausmaße
sind bei dieser Ausgestaltung auch durch das Verstärkungselement
ausgenutzt.
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Bevorzugt
ist das Verstärkungselement
an der Außenseite
der Basisplatte angeschraubt. Das Verstärkungselement ist somit insbesondere
im Bereich der Verschraubungslinien der Befestigungselemente angebracht.
Eine Verschraubung ermöglicht eine
einfache und dennoch stabile mechanische Verbindung. Die Verschraubung
ist insbesondere durch die Basisplatte durchgängig und zur Verschraubung der
Komponenten der Wärmetauscheranordnung miteinander
ausgebildet.
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Insbesondere
weist die Wärmetauscheranordnung
eine Mehrzahl derartiger Verstärkungselemente
auf, welche insbesondere an allen Verschraubungsbereichen angeordnet
sind.
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Besonders
bevorzugt ist die Wärmetauscheranordnung
dadurch weitergebildet, dass der erste Wärmetauscher mit einem zweiten
Wärmetauscher
und dem thermoelektrischen Modul, welches in einem Zwischenraum
zwischen den Wärmetauschern
angeordnet und welche Wärmetauscher
mittels der Befestigungselemente miteinander verbunden sind, eine
Wärmepumpe,
insbesondere für
ein Hausgerät,
bildet. Diese Wärmepumpe
ist vorzugsweise für
ein Hausgerät
zur Pflege von Wäschestücken, insbesondere
für einen
Wäschetrockner,
ausgebildet. Das thermoelektrische Modul ist bevorzugterweise als
Peltier-Modul ausgebildet, wodurch die Wärmepumpe als Peltier-Wärmepumpe
konzipiert ist. Die beiden Wärmetauscher
und das zumindest eine Peltier-Modul bilden dann eine Peltier-Baugruppe.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Teilausschnitts einer Wärmepumpe;
und
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2 eine
weitere perspektivische Darstellung einer Wärmepumpe.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
schematische Darstellung in 1 zeigt eine
Wärmetauscheranordnung
mit einem ersten Wärmetauscher 1 und
einem zweiten Wärmetauscher 2.
Die Wärmetauscheranordnung
ist in einem Wäschetrockner
angeordnet. Der erste Wärmetauscher 1 weist
eine Basisplatte 11 mit daran angrenzenden Durchströmungselementen 12 auf.
Die beiden Wärmetauscher 1 und 2 sind
beabstandet zueinander angeordnet, wobei in einem Zwischenraum 3 zwischen
den Wärmetauschern 1 und 2 zumindest ein
als Peltier-Modul 4 ausgebildetes thermoelektrisches Modul
angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist
der erste Wärmetauscher 1 als „warmer" Wärmetauscher
oder Heizer ausgebildet. Wird das Peltier-Modul 4 in der
Anordnung mit einer elektrischen Gleichspannung betrieben, so heizt
es sich an einer mit dem ersten Wärmetauscher 1 kontaktierten
Seite auf. Der zweite Wärmetauscher 2 weist
ebenfalls eine Basisplatte 21 und daran angrenzende Kühlrippen 22 auf.
Der Wärmetauscher 2 ist
im Ausführungsbeispiel
als „kalter" Wärmetauscher
ausgebildet. Wird das Peltier-Modul 4 mit einer elektrischen Spannung
betrieben, so kühlt
es sich an einer mit dem zweiten Wärmetauscher 2 kontaktierten
Seite ab.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist die Wärmetauscheranordnung
als Peltier-Wärmepumpe
ausgebildet. Dabei bilden die beiden Wärmetauscher 1 und 2 und
das zumindest eine Peltier-Element 4 eine Peltier-Baugruppe.
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Der
Zwischenraum 3 ist durch ein einstückig ausgebildetes Dichtelement 5 abgedichtet,
welches vollständig
umlaufend um die Wärmetauscher 1 und 2 angeordnet
ist. Dadurch wird ein Eintritt von Feuchte in den Zwischenraum 3 verhindert.
Wie in der Darstellung gemäß 1 gezeigt
ist, ist das Dichtelement 5 an Randbereichen 11a und 21a der
Basisplatten 11 und 21 befestigt. Das Dichtelement 5 weist
im Querschnitt eine U-Form auf. In jedem Schenkel der U-Form ist
eine Aussparung ausgebildet, wobei in der Aussparung 51 der
Randbereich 11a und in der Aussparung 52 der Randbereich 21a angeordnet
ist.
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In
der Teilausschnittdarstellung gemäß 1 ist die
Verbindung der beiden Wärmetauscher 1 und 2 der Übersichtlichkeit
dienend nicht dargestellt. Im Ausführungsbeispiel ist dazu eine
Mehrzahl von Befestigungselementen vorgesehen, welche als Schrauben 7a bis 7d (2)
ausgebildet sind. Die beiden Wärmetauscher 1 und 2 sind
somit miteinander verschraubt.
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Wie
dazu aus der perspektivischen Darstellung gemäß 2 zu erkennen
ist, sind dazu eine Mehrzahl von Verschraubungslinien vorgesehen,
wobei in der Darstellung in 2 eine Verschraubungslinie
mit den vier Schrauben 7a, 7b, 7c, 7d schematisch
dargestellt ist. Zur Verschraubung sind im Ausführungsbeispiel zusätzliche
separate Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' vorgesehen, welche aus Stahl ausgebildet
sind. Das Material dieser Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' ist somit wesentlich härter als
die aus Aluminiumstrangguss ausgebildete Basisplatte 21 und
die Kühlrippen 22.
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Die
Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' sind jeweils zwischen Kühlrippen 22 angeordnet,
und weisen im Querschnitt ein U-Profil auf. Dies ist in der Darstellung
gemäß 1 ausschnittsweise
schematisch gezeigt, wobei lediglich Schenkel 61 und 62 des Verstärkungselements 6 gezeigt
sind. An den Stellen, an denen die Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' angeordnet sind, sind jeweils
eine oder mehrere Kühlrippen 22 entfernt,
so dass ein entsprechender Freiraum für diese Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' ausgebildet und diese in einem
Befestigungsbereich 23a angeordnet sind.
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Die
Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' erstrecken sich im Ausführungsbeispiel
mit ihren Ausmaßen
entsprechend den Ausmaßen
der Kühlrippen 22.
Dies bedeutet, dass sie in ihrer Höhe (y-Richtung) und in ihrer
Länge (x-Richtung)
mit entsprechenden Höhen
und Längen
wie die Kühlrippen 22 ausgebildet sind.
Die Höhen-
und Längenausmaße des Wärmetauschers 2 sind
somit nicht größer als
diejenigen Ausmaße
eines Wärmetauschers 2 ohne
diese Verstärkungselemente 6, 6' und 6''.
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Neben
ihrer Funktionalität
zur Versteifung der Befestigungsbereiche 23a bzw. Verschraubungsbereiche
können
die Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' insbesondere auch zur Wärmeabfuhr
verwendet werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist das Verstärkungselement 6 auf
einer Außenseite 23 (1)
der Basisplatte 21 aufgesetzt und die Schrauben 7a bis 7d durch
Bohrungen in dem Verstärkungselement 6 und
durch Bohrungen in der Basisplatte 21 hindurchgeführt und
in Gewinden in der Basisplatte 11 des ersten Wärmetauschers 1 verschraubt.
Durch diese Ausgestaltung kann über
die gesamte Länge
der Verschraubungslinie eine gleich bleibende Anpresskraft bzw.
ein gleich bleibendes Anzugsdrehmoment der Verschraubung erreicht
werden. Dadurch kann auch eine Erhöhung der Kontaktfläche zwischen
den Aluminium-Wärmeübertragungsprofilen
und den Keramikflächen
der Peltier-Elemente 4 erreicht werden. Der energetische
Wirkungsgrad der Wärmepumpe kann
dadurch ebenfalls erhöht
werden. Durch die Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' kann die relativ geringe Steifigkeit
der Strangguss-Aluminiumprofile der Basisplatte 21 und
auch der Verbindung mit der Basisplatte 11 erhöht werden
und somit auch die Kontaktfläche
mit dem Peltier-Modul 4 erhöht werden.
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Entsprechende
Verschraubungen sind auch bei den in 2 ebenfalls
gezeigten Verstärkungselementen 6' und 6'' ausgebildet. Alle Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' sind im Ausführungsbeispiel jeweils als
einstückige
Komponenten ausgebildet. Prinzipiell kann auch vorgesehen sein,
dass zumindest eines der Verstärkungselemente 6, 6' und 6'' lediglich als länglicher
Streifen bzw. als längliche
Strebe ausgebildet ist, welche kein U-Profil aufweist. Diese längliche
Strebe wäre
dann im Befestigungsbereich 23a lediglich auf die Basisplatte 21 aufgelegt und
entsprechend verschraubt. Dadurch könnte eine Gewichtseinsparung
erzielt werden, aber auch die Funktionalität im Hinblick auf Wärmeabfuhr
würde dann
reduziert werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, kann vorgesehen sein, dass das
im Querschnitt U-förmige
Verstärkungselement 6, 6', 6'' in einer der Außenseite 23 ausgebildeten
Vertiefung eingesetzt ist. Die als Befestigungsbereich 23a ausgebildete
Vertiefung erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des
Verstärkungselements 6, 6', 6'' und ist rinnenartig ausgebildet.
Die Schrauben 7a bis 7d erstrecken sich dann zwischen
den beiden Schenkeln 61 und 62 durch das Verstärkungselement 6 und
die Basisplatte 21 durch den Zwischenraum 3 bis
zur Basisplatte 11.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass an jedem Befestigungsbereich 23a,
an dem eine Schraube angebracht ist, beispielsweise an dem Befestigungsbereich 23a,
an dem die Schraube 7a angeordnet ist, ein separates Verstärkungselement 6, 6', 6'' ausgebildet ist. Separat und unabhängig davon könnte dann
auch an dem Befestigungsbereich 23a mit der Schraube 7b ein
weiteres Verstärkungselement
angeordnet sein. In diesem Fall wäre dann keine einstückige Ausgestaltung
eines für
mehrere in einer Verschraubungslinie angeordnete Schrauben 7a bis 7d vorgesehenen
Verstärkungselements 6, 6', 6'' ausgebildet.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Vertiefung nicht ausgebildet
ist und der Befestigungsbereich 23a durch eine eben ausgebildete
Außenseite 23 ausgebildet
ist.