DE1190630B - Vorrichtung zum Heizen oder Kuehlen der Luft - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 36 d-1/70

Nummer: 1190 630

Aktenzeichen: C 21407 X/36 d

Anmeldetag: 9. Mai 1960

Auslegetag: 8. April 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen der Luft mittels einer Mehrzahl von zur Ausnutzung des Peltier-Effektes elektrisch verbundenen thermoelektrischen Elementen, die auf einem motorisch in Drehbewegung zu versetzenden Träger angeordnet sind und deren gleichnamige Kontaktstellen nach einer Seite hin gekehrt liegen, wobei Mittel zur Speisung der Thermoelemente mit Gleichstrom vorgesehen sind.

Die Grundsätze, auf denen die Herstellung heißer und kalter Kontaktstellen durch Hindurchführen eines elektrischen Stromes durch halbleitendes Material beruht, sind seit vielen Jahren bekannt (Peltier-Effekt). Der erfolgreichen Anwendung dieser Grundsätze auf kleine, in sich geschlossene Vorrichtungen zum Heizen oder Kühlen der Luft standen jedoch Schwierigkeiten entgegen, auf die man bei dem Versuch zur Herstellung einer einfachen Bauart ohne umfangreiche und kostspielige Wärmeübertragungsvorrichtung stieß.

Es ist z. B. eine zum Kühlen und Umwälzen von Luft dienende Vorrichtung bekanntgeworden, bei der auf einer Seite einer Luftschraube eine Reihe von thermoelektrischen Elementen angeordnet ist. Diese Elemente sind so miteinander verbunden und angeschlossen, daß die nach außen liegenden Kontaktstellen benachbarter Elemente sich bei Fließen eines Stromes abkühlen. Infolgedessen wird die mit diesen Stellen in Berührung kommende Luft gekühlt bzw. gibt ihre Wärme auf die Vorrichtung ab. Zum Abziehen der Wärme von den einzelnen Blättern der Luftschraube sind diese hohl ausgeführt und von einem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, durchflossen. Diese bekannte Vorrichtung erfordert einen verhältnismäßig großen baulichen Aufwand, da die sich schnell drehende Welle der Luftschraube mit einer Wasserzuführung und einer Ableitung versehen werden muß, d.h., es muß mit flüssigkeitsdichten Drehlagern gearbeitet werden. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich daraus, daß Stromzuführungen und Wasserzuführungen in einer sich drehenden Anordnung nebeneinander vorhanden sein müssen.

Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Heizen oder Kühlen der Luft zu schaffen, die unter Ausnutzung des Peltier-Effektes einfach und außerordentlich betriebssicher aufgebaut ist und eine verhältnismäßig billige Einrichtung darstellt. Die Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Träger als geschlossene Scheibe in einem Gehäuse angeordnet ist, welches auf jeder Seite der Scheibe Lufteinlässe und Luftauslässe Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen der Luft

Anmelder:

Carrier Corporation, Syracuse, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Cheng-Chieh Hwang, Syracuse, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 11. Mai 1959 (812325)--

aufweist, wobei die eine Gruppe der Kontaktstellen im Bereich der einen Scheibenfläche und die andere Gruppe im Bereich der anderen Scheibenfläche liegt und auf beiden Seiten der Scheibe Ventilatorschaufeln angeordnet sind, um durch die in dem Gehäuse befindlichen Einlasse getrennte Luftströme zum Zweck des Wärmeaustausches mit den beiden Seiten der Scheibe einzuziehen und durch die in dem Gehäuse befindlichen Auslässe abzugeben. Vorzugsweise weisen die Stromzufuhrmittel einen Umkehrschalter auf, um die Polarität des elektrischen Stromes nach Bedarf zu ändern und damit ein Erwärmen oder Abkühlen auf einer bestimmten Seite der Scheibe zu ermöglichen. Die Vorrichtung nach der Erfindung stellt damit eine verhältnismäßig billige Anlage zur Klimatisierung von Räumen dar. Auf Grund der Einfachheit des Aufbaues ist die Anlage außerordentlich betriebssicher und kann ohne besondere Vorkehrungen bei Bedarf überall da aufgebaut werden, wo eine geeignete Stromquelle zur Verfügung steht.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Abschnitt der Scheibe geschnitten ist, und

F i g. 2 einen Schnitt nach Linie ΙΙ-Π der F i g. 1 unter Fortlassung von einzelnen Teilen zur besseren Darstellung der Ventilatorschaufeln und der thermoelektrischen Elemente.

F i g. 1 zeigt eine in sich geschlossene Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen von Luft, bei der die ther-

509 538/122

3 4

moelektrische Vorrichtung und die Wärmeaustausch- befestigt werden, um mit der Scheibe umzulaufen. Wie mittel der Erfindung zur Verwendung kommen. Die in F i g. 1 gezeigt, sind innerhalb eines ersten Venti-Vorrichtung ist mit einem Gehäuse 10 versehen, latorgehäuses, welches von dem Gehäuse 10 der Vorweiches zwischen einer Fensterbank 44 und einem richtung gestützt wird, mehrere erste Ventilator-Fensterrahmen 43 angeordnet ist. Das Gehäuse 10 5 schaufeln 32 angeordnet, welche sich auf der Innenweist eine Deckplatte 11 auf, welche durch geeignete oder Raumseite des Fensters 43 befinden können. Mittel (nicht gezeigt), wie beispielsweise eine Gummi- Das erste Ventilatorgehäuse 34 ist mit einem um die dichtung, an dem Fenster 43 befestigt und abgedich- Welle 15 herum in das Gehäuse 10 führenden Lufttet werden kann. Die Bodenplatte 12 des Gehäuses einlaß 35 versehen. In dem Gehäuse 10 sind mehrere 10 liegt auf der Fensterbank 44 auf und trägt die io erste Luftauslaßöffnungen 36 vorgesehen, um die von Ständer 13 und 14. In den Ständern 13 und 14 wird den Ventilatorschaufeln 32 durch den ersten Lufteine von einem Motor 16 angetriebene Welle 15 ge- einlaß 35 eingesaugte Luft abzugeben. Auf der andelagert. Der Antrieb erfolgt über einen Riemen 17, der ren Seite der Scheibe 20, welche auf der Außenseite zwischen einer an der Welle 15 befestigten Riemen- des Fensters 43 liegt, sind mehrere zweite Ventilatorscheibe 19 und einer an der Welle des Motors 16 be- 15 schaufeln 33 angeordnet, die zum Umlauf mit der festigten Riemenscheibe 18 angeordnet ist. Scheibe 20 in einem zweiten Ventilatorgehäuse 37

An der Welle 15 ist eine kreisförmige, schalen- drehbar gelagert sind, wobei in dem Gehäuse 10 eine artige Scheibe 20 befestigt. Sie weist eine Anzahl zweite Lufteinlaßöffnung 38 und mehrere zweite thermoelektrischer Elemente 21 auf, die durch Über- Luftauslaßöffnungen 39 gebildet sind.
brückungen 22 wechselweise an den Enden der ther- 20 Das Gehäuse 10 ist mit Jalousien versehen, die moelektrischen Elemente elektrisch verbunden sind, einen Raumeinlaß 40 zum Durchgang der Luft von sowie zwei elektrische Isolierplatten 45 und 46. Jede dem Raum in den Lufteinlaß 35 des Ventilators bil-Überbrückung 22 verbindet ein thermoelektrisches den. In dem Weg des Lufteinlasses kann ein Filter P-Element mit einem thermoelektrischen N-Element (nicht gezeigt) angeordnet werden. Zum Eintritt der in Hintereinanderschaltung. Durch Hintereinander- 25 von außen kommenden Luft in den Lufteinlaß 38 schaltung der thermoelektrischen Elemente 21 der sind in dem Gehäuse 10 Einlaßjalousien 41 vorScheibe 20 so, daß P- und N-Elemente abwechseln gesehen.

und die NP-Verbindungen der Reihe auf der einen Zwischen der Scheibe 20 und dem Gehäuse 10 ist Seite der Scheibe und die PN-Verbindungen auf der ein kleiner Zwischenraum 42 gelassen, um einen Umanderen Seite angeordnet sind, und durch Anlegen 30 lauf der Scheibe zu gestatten, jedoch gleichzeitig einen einer Gleichspannung an die thermoelektrischen EIe- Durchfluß erheblicher Luftmengen von der einen mente an der einen Seite der thermoelektrischen Seite des Gehäuses 10 zum anderen wirksam zu verScheibe 20, beispielsweise in der Nähe der Isolier- hindern. In dem Zwischenraum 42 kann eine Ströplatte 46, werden bei einer bestimmten Stromrichtung mungsmitteldichtung (nicht gezeigt) vorgesehen werheiße Kontaktstellen und auf der anderen Seite der 35 den. Zur Aufrechterhaltung des Zwischenraumes 42 thermoelektrischen Scheibe im Bereich der Isolier- um den Umfang der Scheibe herum dienen Trenplatte45 kalte Kontaktstellen erzeugt. Ob eine be- nungssegmente 45.

stimmte Seite der Scheibe warm oder kalt ist, wird Im Betrieb wird den thermoelektrischen Elementen durch die Polarität der zur Anwendung kommenden 21 von einer Stromquelle 31 Gleichstrom zugeführt. Spannung bestimmt. Die thermoelektrischen Elemente 40 Wenn eine Kühlung der aus den Auslässen 36 aus-21 können in jeder zweckmäßigen Art in der Scheibe tretenden Luft erforderlich ist, dann wird durch Ein-20 angeordnet werden, so z. B. in konzentrischen stellung des Schalters 30 für den der Scheibe 20 zuRingen, wie in der Zeichnung gezeigt. Die thermo- geführten Strom die richtige Polarität gewählt, so daß elektrischen Elemente 21 können durch ein Isolier- die kalten Kontaktstellen der thermoelektrischen material, beispielsweise Plastikschaum 80, umgeben 45 Scheibe 20 in der Nähe der Isolierplatte 45 an der werden. Raumseite der Vorrichtung liegen. Der Motor 16 wird

Den thermoelektrischen Elementen 21 der Schei- an eine Kraftquelle angeschlossen und angelassen, so ben 20 wird aus einer Stromquelle 31 über Bürsten daß er die Scheibe 20 einschließlich der inneren Ven-28 und 29 Strom zugeführt. Die Bürsten 28 und 29 tilatorschaufeln 32 zum Umlauf bringt. Die Ventistehen mit Schleifringen 25 und 26 in Berührung, die 50 latorschaufeln 32 ziehen dann Luft aus dem Raum auf der Welle 15 gelagert sind. Drähte 23 und 24 ver- durch die Jalousien 40 des Gehäuses 10 in den Luftlaufen durch die Welle 15 und verbinden die Schleif- einlaß 35, wo die Luft in wärmeaustauschende Beringe 25 und 26 mit den thermoelektrischen Elemen- ziehung mit der kalten Seite der Scheibe 20 tritt. Die ten 21 in der Scheibe 20. Die thermoelektrischen EIe- Ventilatorschaufeln 32 dienen außerdem als Rippen mente 21 können innerhalb der Scheibe 20 in jeder 55 zur Vergrößerung der Oberfläche zur Übertragung beliebigen Art angeordnet werden, beispielsweise in von Wärme auf die kalte Seite der Scheibe 20. Da die konzentrischen Ringen oder in Reihen und Kolonnen, Luft einen Teil ihrer Wärme an die kalten Kontakt- und jede beliebige Gruppe von Elementen 21 kann in stellen der thermoelektrischen Elemente abgegeben Abhängigkeit von der Spannung in Reihe oder par- hat, wird sie gekühlt und durch die Tätigkeit der allel geschaltet werden, um einen wirksamen Betrieb 60 Ventilatorschaufeln 32 über die Luftauslässe 36 in der Scheibe 20 zu ermöglichen. Zwischen der Strom- den Raum abgegeben.

quelle 31 und den Bürsten 28 und 29 ist ein Umkehr- Damit die Kühlung mit größter Wirksamkeit vor schalter 30 angeordnet, um die gewünschte Polarität sich geht, ist es zweckmäßig, die an den heißen Konbezüglich der thermoelektrischen Elemente 21 zu taktstellen der thermoelektrischen Elemente in der wählen. 65 Nähe der Isolierplatte 46 erzeugte Wärme von der

Die Schaufeln 32 und 33 sind mit der Scheibe 20 Scheibe 20 abzuleiten. Dies wird durch die Ventila-

aus einem Stück gebildet und können an den Isolier- torschaufeln 33 bewirkt, welche durch die in den

platten 45 und 46 und gegebenenfalls an der Welle 15 Lufteinlaß 38 führenden Einlaßjalousien 41 Luft in

das Gehäuse 10 einsaugen und sie in wärmeaustauschender Beziehung mit der heißen Seite der thermoelektrischen Scheibe 20 weiterführen, wobei die Ventilatorschaufeln 33 ebenso als Rippen zur Bildung einer vergrößerten Wärmeübertragungsfläche dienen. Die erwärmte Luft wird dann durch in dem Gehäuse 10 gebildete Auslässe 39 abgegeben.

Wenn ein Raum anstatt gekühlt erwärmt werden soll, dann ist es lediglich erforderlich, die Polarität des Gleichstromes, der der Scheibe 20 zugeführt wird, durch den Umkehrschalter 30 umzukehren. Der Strom fließt dann in umgekehrter Richtung durch die thermoelektrischen Elemente 21 und verursacht eine Erwärmung der thermoelektrischen Kontakte in der Nähe der Isolierplatte 45 und ein Abkühlen der thermoelektrischen Kontakte im Bereich der Isolierplatte 46. Die vom Raum aus durch den Einlaß 40 hindurchströmende Luft, die mit der Scheibe 20 in wärmeaustauschende Beziehung gebracht und dann durch die Auslässe 36 abgegeben wird, ist dann er- _ao wärmt.

Es ist zu beachten, daß diese Erfindung außer zur Kühlung von Luft auch zur Kühlung und Erwärmung anderer Strömungsmittel und Flüssigkeiten verwendet werden kann, wobei auch andere Strömungsmittel in wärmeaustauschender Beziehung mit der heißen Seite der thermoelektrischen Scheibe 20 umgewälzt werden können und wobei in der Konstruktion der Vorrichtung entsprechende Änderungen vorzunehmen sind.

Es ist nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, jedoch kann dieselbe auch anderweitig ausgeführt werden, ohne daß ihr Rahmen verlassen wird.

35

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Heizen oder Kühlen der Luft mittels einer Mehrzahl von zur Ausnutzung des Peltier-Effektes elektrisch verbundenen thermoelektrischen Elementen, die auf einem motorisch in Drehbewegung zu versetzenden Träger angeordnet sind und deren gleichnamige Kontaktstellen nach einer Seite hin gekehrt liegen, wobei Mittel zur Speisung der Thermoelemente mit Gleichstrom vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als geschlossene Scheibe (20) in einem Gehäuse (10) angeordnet ist, welches auf jeder Seite der Scheibe Lufteinlässe (40 bzw. 41) und Luftauslässe (36 bzw. 39) aufweist, wobei die eine Gruppe der Kontaktstellen im Bereich der einen S'cheibenfläche und die andere Gruppe im Bereich der anderen Scheibenfläche liegt und auf beiden Seiten der Scheibe Ventilatorschaufeln (32, 33) angeordnet sind, um durch die in dem Gehäuse (10) befindlichen Einlasse (40,41) getrennte Luftströme zum Zweck des Wärmeaustausches mit den beiden Seiten (45, 46) der Scheibe (20) einzuziehen und durch die in dem Gehäuse (10) befindlichen Auslässe (36, 39) abzugeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhrmittel einen Umkehrschalter (30) aufweisen, um die Polarität des elektrischen Stromes zu wählen und damit ein Erwärmen oder Abkühlen auf einer bestimmten Seite der Scheibe (20) zu ermöglichen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (20) mehrere thermoelektrische P- und N-Elemente aufweist, die in Wechselreihenschaltung elektrisch hintereinandergeschaltet sind, um die Anzahl heißer und kalter Kontaktstellen im Bereich der gegenüberliegenden Seiten (45, 46) der Scheibe (20) zu vergrößern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 664 776.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 538/122 3.65 © Bundesdruckerei Berlin