DE1156426B

DE1156426B - Vorrichtung zur elektrothermischen Waermeumwandlung

Info

Publication number: DE1156426B
Application number: DES68032A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Mueller
Original assignee: Siemens Elektrogaerate GmbH
Current assignee: SEG Hausgeraete GmbH
Priority date: 1960-04-13
Filing date: 1960-04-13
Publication date: 1963-10-31
Also published as: CH390963A; DE1401529A1; FR80963E; NL260692A; FR1283631A; GB981083A

Description

Es sind Vorrichtungen zur elektxothermischen Wärmeumwandlung bekannt, bei denen Peltierelemente verwendet werden. Anordnungen dieser Art können zur Wärme- oder zur Kälteabgabe eingerichtet sein. Es ist auch bekannt, durch elektrische Umschaltung der Peltierelemente eine Seite dieser Elemente wahlweise zur Wärme- bzw. Kälteabgabe auszunutzen. Die bisher bekannten Anordnungen dieser Art zeigen meist Kühlvorrichtungen, die in Verbindung mit kleinen Kühlschränken zur Anwendung kommen. Um hier eine hinreichende Kühlwirkung sicherzustellen, werden im Kühlraum, also auf der Wärme aufnehmenden Seite der Peltierelemente, Rippenkörper angewendet, die eine möglichst große Wärmeaustauschfläche mit der Kühlraumluft bieten.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrothermischen Wärmeumwandlung, bei der die Peltierelemente durch elektrische Umschaltung so zu betreiben sind, daß wahlweise an der Arbeitsseite der Vorrichtung eine Wärme- oder Kälteabgabe erfolgt, und bei der auf der der Arbeitsseite der Vorrichtung gegenüberliegenden Seite ein mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitendes Wärmeaustauschsystem angeschlossen ist. Die Erfindung hat zur Aufgabe, dieses Wärmeaustauschsystem so auszubilden, daß es sowohl zur Wärmeabgabe als auch zur Kälteabgabe ausnutzbar ist. Gemäß der Erfindung ist das Wärmeaustauschsystem durch Änderung seiner Lage in bezug auf die elektrothermische Vorrichtung so einstellbar, daß es wahlweise zur Wärmezu- bzw. zur Wärmeabfuhr dient. Auf diese Weise wird eine elektrothermische Vorrichtung geschaffen, die sowohl zum Wärmen als auch zum Kühlen dienen kann und die durch die Verwendung eines mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitenden Sekundärsystems einen sehr guten Wirkungsgrad erreicht. Die erforderlichen Änderungen an der Vorrichtung, wenn z. B. nach der Benutzung als Wärmevorrichtung eine Benutzung als Kühlvorrichtung erfolgen soll, können mit wenigen Handgriffen bewerkstelligt werden. Man muß nämlich zu diesem Zweck nur die Peltierelemente elektrisch umpolen und die Lage des Sekundärsystems relativ zur elektrothermischen Vorrichtung, beispielsweise durch eine Drehung um 180°, ändern.

Die konstruktive Ausgestaltung der für die Erfindung charakteristischen Vorrichtung kann verschiedenartig sein. Man kann beispielsweise mit der Wärmeaustauschfläche für den Benutzer leicht lösbare Wärmeleitvorrichtungen verbinden und hat auf diese Weise die Möglichkeit, eine Peltierbaueinheit zu Vorrichtung
zur elektrothermischen Wärmeumwandlung

Anmelder:

Siemens-Electrogeräte Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 1, Oskar-von-Miller-Ring 18

Dr.-Ing. Heinz Müller, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

schaffen, die durch das Ansetzen verschiedener unterschiedlicher Wärmeaustauschkörper die verschiedenartigsten Kühl- oder Wärmeeffekte zu erzielen gestattet. Die vorzugsweise ebene Wärmeaustauschfläche kann auf der warmen Seite der Peltierbaueinheit zur Beheizung einer daran anzusetzenden Wärmeplatte dienen; sie kann aber auch selbst als eine solche Wärmeplatte ausgeführt sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Darin zeigen

Fig. 1 bis 3 schematisch ein Beispiel für eine elektrothermische Vorrichtung, bei der vorausgesetzt wird, daß der Peltierblock in senkrechter Lage betrieben wird, und

Fig. 4 bis 6 schematisch eine elektrothermische Vorrichtung, bei der der Peltierblock in waagerechter Lage betrieben wird.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch ein Beispiel für ein Peltieraggregat mit senkrechter Betriebslage. Die in Serie geschalteten Halbleiterthermoelemente 21 sind zu einem Block angeordnet. Bei dieser Bauweise fallen vor allem auf der Wärme abgebenden Seite konzentrierte Energien von beispielsweise 3 W/cm² an. Die durch den Peltiereffekt auftretende Temperaturdifferenz soll bei dieser Anordnung zu einer Erniedrigung der Temperatur der kalten Lötstelle gegenüber der Umgehungstemperatur dienen. Zu diesem Zweck muß die warme Lötstelle intensiv gekühlt werden. Hierzu dient ein Wärme übertragendes Sekundärsystem, welches aus einem Flüssigkeits-

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Claims

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behälter 22, einem Rohrsystem 23, einem zweiten neben der elektrischen Leistung entsprechend der

Flüssigkeitsbehälter 24 und Wärmeaustauschern 25 Wärmepumpe zusätzliche Wärmezufuhr zur kalten

(Rippen oder Drähte) besteht. In diesem System ist Seite 37 erfolgt nun dadurch, daß das Hilfsmedium 36

eine Kühlflüssigkeit 26, z. B. ein geeigneter chlorier- in dem jetzt als Verdampfer arbeitenden Teil 35 ter und fluorierter Kohlenwasserstoff, verwendet, die 5 verdampft und an den kalten Flächen des Wärme-

bei der Wärmezufuhr im Behälter 22 verdampft. Der austauschbehälters 33 wieder kondensiert. Der Flüs-

Dampf steigt in der Umlaufleitung 23 hoch und kon- sigkeitsumlauf erfolgt durch die Verbindungsleitung

densiert im Verflüssiger 24, und allein durch die 34 hindurch. Bei Anwendung des in Fig. 4 und 5

Wärmezufuhr bei 22 kommt der Kreislauf des dargestellten Systems kann man also die Platte 32 Sekundärsystems in Gang. Wenn man zur Erzielung io der Peltierbaueinheit wahlweise in derselben waage-

eines Wärmeffektes an der ebenen Platte 27 des rechten Betriebslage als Wärme- oder Kühlplatte

Peltierblocks den Strom umpolt, so würde bei gleicher benutzen.

Lage des Sekundärsystems kein Kreislauf der Kühl- Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die flüssigkeit in Gang kommen können. Dieser Kreislauf auch eine ebene, horizontal liegende Wärmeausläßt sich jedoch erzielen, wenn die gesamte Bauein- 15 tauscherplatte der Peltierbaueinheit in dieser Lage heit um 180° gedreht wird. Es ergeben sich also die wahlweise für Heiz- oder Kühlzwecke anzuwenden in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellten verschiede- gestattet, ist in Fig. 6 dargestellt. Soweit die Teile nen Betriebslagen, wobei Fig. 2 der Anordnung nach mit denen in den Fig. 4 und 5 übereinstimmen, sind Fig. 1 entspricht, also einer Kälteabgabe an der die gleichen Bezugszeichen verwendet. Mit der Platte 27 zugeordnet ist, während Fig. 3 den umge- ao ebenen Wärmeaustauscherfläche 37 der Peltierbauschalteten Zustand wiedergibt, bei dem an der Platte einheit ist ein Wärmeaustauschbehälter 41 starr ver-27 eine Wärmeabgabe stattfinden soll. Im Falle der bunden, der über einen biegsamen Leitungsteil 42 Fig. 3 erfolgt die Verdampfung des Hilfsmediums mit einem Teil 43 des Systems in Verbindung steht, nunmehr in einem tiefer liegenden Flüssigkeitsbehäl- der seinerseits wahlweise als Kondensator bzw. als ter 24, die Kondensation an der kalten Wand des as Verdampfer des Systems 41, 42, 43 arbeitet. In der Behälters 22. Hier kommt also der Umlauf des Hilfs- ausgezogen dargestellten Schaltlage des Teiles 43 mediums durch Wärmeentzug an den Wänden des arbeitet der Wärmeaustauschbehälter 41 als VerBehälters 22 in Gang. Der Peltierblock 21 ist zum dämpfer, die Platte 32 ist durch entsprechende Schal-Zweck der Wärmeisolation beispielsweise in einen tung der Peltierbaueinheit also als Kühlplatte in Schaumstoffmantel 28 eingebettet. Auf der kalten 30 Betrieb. Durch die aufwärts geneigte Lage des Seite kann an die Grundplatte 27 der für den Kühl- Systemteils 43 wirkt dieser als Kondensator, so daß oder Wärmebetrieb notwendige Wärmeaustauscher das im Behälter 41 verdampfende Frigen diesem angepreßt, geschraubt oder geklemmt werden. Eine laufend wieder als Kondensat zugeführt wird. Wenn elektrische Isolation ist bei dieser Anordnung nicht man den Wärmeaustauscherteil 43 in die gestrichelt mehr notwendig, da die Grundplatte 27 bereits isoliert 35 dargestellte Betriebslage unter Ausnutzung des biegam Peltierblock angebracht ist. Die Stromzuführung samen Teils 42 herunterschwenkt und die Peltier-29 kann als Sperrkontakt ausgebildet sein. baueinheit umschaltet, kann man die Platte 32 als Während bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Wärmeplatte verwenden, wobei das System 41,42,43 Beispiel vorausgesetzt ist, daß der Peltierblock in nunmehr umgekehrt arbeitet, so daß also Wärme senkrecht stehender Betriebslage verwendet wird, 40 von der Außenluft her durch das Hilfsmedium der kann man auch mit einem abwechselnd verdampfen- Wärmeaustauschfläche 37 der Peltierbaueinheit zuden und kondensierenden Hilfsmedium arbeiten und geführt wird.

dabei einen waagerecht liegenden Peltierblock anwen- In Fig. 6 ist mit 44 ein Behälter bezeichnet, der

den. Eine Ausführungsmöglichkeit hierfür zeigen die den im einzelnen nicht dargestellten Netzteil der

Fig. 4 und 5. Der Peltierblock ist in diesem Fall 45 Peltierbaueinheit aufnimmt. Dieser Behälter ist bei

mit 31 bezeichnet. Fig. 4 zeigt die Anordnung, bei dieser Ausführungsform starr mit der Peltierbau-

der die kalte Seite 32, welche hier durch eine ebene einheit zusammengebaut. Entsprechende* Anordnun-

Wärmeaustauschplatte gebildet wird, als Kühlplatte gen können auch bei allen übrigen, vorher beschrie-

dienen soll. Zur Wärmeabfuhr dient ein Wärmeüber- benen Ausführungsformen der Erfindung angewendet

tragungssystem, das aus einem Behälter 33, einer 5° werden. Man kann aber auch den Netzteil der Peltier-

Leitung 34 und einem Kondensatorteil 35 besteht. baueinheit als einen gesonderten Bauteil ausführen,

Im Behälter 33 sind Stege 38 eingebaut, die die der mit der Peltierbaueinheit durch bewegliche elek-

Wärme vom Peltierblock in die Hilfsflüssigkeit 36 trische Kabel verbunden sein kann, leiten. Das System 33, 34, 35 kann mit Hilfe von
geeignet ausgebildeten Klemmvorrichtungen 39 an 55

die untere ebene Wärmeaustauscherplatte 37 des PATENTANSPRÜCHE: Peltierblocks in der dargestellten Lage angesetzt

werden. Durch Wärmeübernahme von der Peltier- 1. Vorrichtung zur elektrothermischen Wärmebaueinheit her verdampft die Hilfsflüssigkeit im Teil umwandlung, bei der die Peltierelemente durch und kondensiert im Teil 35, so daß hier die not- 60 elektrische Umschaltung so zu betreiben sind, daß wendige Wärmeabfuhr stattfindet. Im Falle der Fig. 5 wahlweise an der Arbeitsseite der Vorrichtung ist derselbe Wärmeaustauscher 33, 34, 35 in einer eine Wärme- oder Kälteabgabe erfolgt, und bei um 180° gedrehten Lage an die Platte 37 der Peltier- der auf der der Arbeitsseite der Vorrichtung baueinheit angeschlossen. Durch entsprechende elek- gegenüberliegenden Seite ein mit Verdampfung trische Umschaltung wird in diesem Fall die Peltier- 65 und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitenbaueinheit so betrieben, daß an der Platte 32 eine des Wärmeaustauschsystem angeschlossen ist, Nutzwärmeabgabe erfolgt. Diese Platte dient also bei dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeausdieser Einstellung des Systems als Wärmeplatte. Die tauschsystem durch Änderung seiner Lage in

bezug auf die elektrothermische Vorrichtung so einstellbar ist. daß es wahlweise zur Wärmezu- bzw. zur Wärmeabfuhr dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in seiner Lage in bezug auf die elektrothermische Vorrichtung einstellbare Wärmeaustauschsystem leicht lösbar mit der Vorrichtung verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 797 266; USA.-Patentschriften Nr. 2 922 284, 2 928 253.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen