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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine aktive Anordnung zum schnellen
Kühlen
oder Heizen und insbesondere eine Anordnung zum Kühlen oder
Heizen eines Gegenstandes durch Zirkulation eines Fluids in einer
Vielzahl von in diesem Gegenstand vorgesehenen Kanälen, wonach
das Fluid wieder einem Wärmetauscher
zugeführt
wird, in dem eine weitere Abkühlung
oder Aufheizung erfolgt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
herkömmliche
Anordnungen zum schnellen Kühlen
oder Heizen beispielsweise eines gepolsterten Gegenstandes, der
mit einer Vielzahl von Kanälen
versehen sind, weist die folgenden Bauteile auf:
einen Wasserbehälter für die Aufnahme
einer Flüssigkeit,
der mit einem ersten Antrieb für
die Flüssigkeit
versehen ist, der mit einer Leitung verbunden ist, deren eines Ende
in dem Wasserbehälter
mündet und
deren anderes Ende mit einem der Kanäle in dem Gegenstand verbunden
ist;
einen Wärmetauscher,
der über
eine Leitung mit einem Einlass des ersten Antriebs für die Flüssigkeit verbunden
ist und der einen mit einem Kühler
verbundenen, an einer seiner Seiten angeordneten den Wärmetausch
bewirkenden Tank aufweist, wobei der Kühler mit einem an einer seiner
Seiten befestigten Ventilator versehen ist und wobei der den Wärmetausch
bewirkende Tank mit dem anderen Ende eines der Kanäle in dem
Gegenstand über
einen Auslas verbunden ist;
sowie einen Steuerkreis, der in
getrennter Weise mit dem ersten Antrieb für die Flüssigkeit verbunden ist, einen
Wärmetauscher
und eine Batterie, wobei die Batterie die Energie liefert für den Normalbetrieb
des Antriebs für
die Flüssigkeit
des Wärmetauschers, dergestalt,
dass bei einem Kühlen
oder Heizen des Gegenstandes durch die aktive Anordnung zum schnellen
Kühlen
oder Heizen der Steuerkreis dafür sorgt,
dass der erste Antrieb für
die Flüssigkeit
diese vom Wasserbehälter
dem Wärmetauscher über eine Leitung
zuführt,
wodurch der Kühler
und der Ventilator in Betrieb genommen werden. Nachdem die Flüssigkeit
abgekühlt
oder aufgeheizt worden ist, beginnt sie in den Kanälen des
Gegenstandes zu zirkulieren, so dass dessen Oberfläche gekühlt oder
aber geheizt wird, wonach die Flüssigkeit
wieder dem Behälter
zugeführt
wird. Durch eine entsprechend lange Zirkulation der Flüssigkeit
kann dadurch die Oberfläche
des Gegenstandes auf einer gewünschten
Temperatur gehalten werden.
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Diese
herkömmliche
aktive Anordnung zum schnellen Kühlen
oder Heizen ist jedoch noch mit den folgenden Nachteilen behaftet:
- 1. Die Geschwindigkeit, mit der diese Anordnung die
erwünschte
Temperatur erreicht, ist sehr gering, so dass der Benutzer eine
lange Zeit abwarten muss, bis endlich die gewollte Temperatur des Gegenstandes
erreicht ist;
- 2. Zur Anpassung an den Auslass der ersten Pumpe für die Flüssigkeit
muss der Durchmesser der mit dem ersten Antrieb verbundenen Leitung entsprechend
groß bemessen
werden, wodurch die Wirkung der Einstellung der Temperatur im Wasserbehälter stark
beeinträchtigt
wird und demzufolge auch die gleichmäßige Aufrechterhaltung der
erwünschten
Temperatur im Wasserbehälter;
- 3. Für
die herkömmliche
Anordnung sind mindestens zwei Antriebe für das Flüssigkeit erforderlich, sodass
ein erheblicher Bauaufwand für
die Gesamtanordnung benötigt
wird, der zu hohen Herstellungskosten führt.
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Aus
diesen Gründen
besteht das dringende Bedürfnis
nach einer aktiven Anordnung zum schnellen Kühlen oder Heizen, die nur einen
Antrieb für
die Flüssigkeit
erfordert, so dass die oben erwähnten Nachteile
hinsichtlich der geringen Geschwindigkeit des Abkühlens oder
Aufheizens und der hohen Herstellungskosten überwunden werden können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine neuartige aktive
Anordnung zum schnellen Kühlen
oder Heizen zu schaffen, die mit nur einem Antrieb auskommt, bei
der jede Stelle der Oberfläche des
Gegenstandes dieselbe gewünschte
Temperatur aufweist, mit der diese einmal eingestellte Temperatur
schnell erreicht wird und die kostengünstig in der Herstellung ist,
so daß die
oben geschilderten Nachteile vermieden werden können.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit den im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen;
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im
Hinblick auf die Teilaufgabe, gemäß der jede Stelle der Oberfläche des
Gegenstandes die gleiche Temperatur erreicht, wodurch das Wohlgefühl des mit
dem Gegenstand in Berührung
kommenden Körperteils
des Benutzers gesteigert wird, schlägt die Erfindung vor, daß die aktive
Anordnung zum schnellen Kühlen
oder Heizen mit dem Gegenstand verbunden ist, der eine Vielzahl
von Kanälen
aufweist. Die Anordnung weist einen Wasserbehälter auf, in dem ein Antrieb
für die
Flüssigkeit eingesetzt
ist, der über eine
Leitung mit dem Wärmetauscher
verbunden ist; ein Steuerkreis ist derart ausgelegt, daß im Fall
der Kühlung
des Gegenstandes die Flüssigkeit
(zum Beispiel Wasser) im Behälter
durch den Antrieb zum Wärmetauscher
gefördert
wird zum Zweck der Kühlung.
Nach der Abkühlung
der Flüssigkeit
zirkuliert diese durch die Kanäle
im Gegenstand und nimmt dabei dessen Wärme auf. Anschließend wird
die Flüssigkeit
erneut dem Wärmetauscher
zugeführt
für eine
erneute Abkühlung.
Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis die Temperatur der
Oberfläche des
Gegenstandes auf einen Wert abgesunken ist, der dem Wohlbefinden
des Benutzers, zum Beispiel bei Einsatz in einem warmen Klima, entspricht,
wenn letzterer mit dem Gegenstand in Berührung kommt.
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Wird
hingegen die Anordnung zum Aufheizen des Gegenstandes verwendet,
so wird der Wärmetauscher
in den Heizzustand umgeschaltet. Dadurch wird die vom Wasserbehälter kommende
Flüssigkeit
aufgeheizt um anschließend
in den Kanälen des
Gegenstandes zu zirkulieren und ihre Wärme an diesen abzugeben. Danach
wird die Flüssigkeit
erneut dem Wärmetauscher
zugeführt
um dort wieder aufgeheizt zu werden. Auch in diesem Fall wird das Verfahren
so lange fortgesetzt bis die Temperatur der Oberfläche des
Gegenstandes den gewünschten
hohen Wert erreicht, der dem Wohlbefinden des Benutzers, zum Beispiel
bei Einsatz in einem kalten Klima, entspricht, wenn letzterer mit
dem Gegenstand in Berührung
kommt.
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Im
Hinblick auf die Lösung
der Teilaufgabe, gemäß der eine
besonders schnelle Abnahme oder Zunahme der Temperatur des Gegenstandes,
je nachdem ob eine Kühlung
oder eine Heizung erforderlich ist, erfolgt, schlägt die Erfindung
vor, daß der Wärmetauscher
ein Hauptteil aus einem thermisch gut leitendem Material aufweist
und daß im
Hauptteil ein Kreislauf für
die Flüssigkeit
und ein Kreislauf für ein
Kühlmittel
vorgesehen ist, wobei der Kreislauf für die Flüssigkeit mit dem Antrieb für die Flüssigkeit über eine
Leitung verbunden ist sowie mit dem Gegenstand über eine weitere Leitung, sodass
die Flüssigkeit
des Wasserbehälters
durch die Einwirkung des Antriebs für die Flüssigkeit im Wärmetauscher zirkulieren
kann und dabei zum Beispiel abgekühlt wird. Nach erfolgter Abkühlung wird
die Flüssigkeit den
Kühlkanälen zugeführt. Der
Kreislauf für
das Kühlmittel
ist mit einem Kompressor für
das Kühlmittel,
einer Kapillarwendel, einem Kühlmittelfilter
und einem Kühler über eine
Leitung verbunden, wobei der Kühler
mit einem Ventilator versehen ist, der einen Luftstrom durch ihn
leitet, der dessen Wärme
abführt;
das aus dem Kreislauf austretende Kühlmittel kann durch den Kompressor
in den flüssigen
Aggregatzustand überführt werden,
wobei die Wärme
des Wärmetauschers
abgeführt
wird. Danach wird es dem Kreislauf für das Kühlmittel im Wärmetauscher zugeführt und
nimmt dabei sehr schnell die Wärme des
Wärmetauschers
auf, wodurch wiederum die Temperatur der Flüssigkeit abgesenkt wird, die
zu einer entsprechenden Kühlung
der Oberfläche
des Gegenstandes führt.
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Das
Hauptteil des Wärmetauschers
weist eine Einbauöffnung
auf zur Aufnahme eines elektrothermischen Stabes, sodass in dem
Fall, in dem der Wärmetauscher
in den Heizzustand versetzt wird, der Steuerkreis den Kompressor
für das
Kühlmittel abschaltet
und der elektrothermische Stab aufgeheizt wird und dadurch Wärme abgibt.
Der elektrothermische Stab heizt das Hauptteil des Wärmetauschers
auf, von wo aus die Wärme
der aus dem Wasserbehälter
in den Wärmetauscher
eintretenden Flüssigkeit übertragen
wird. Nach erfolgter Aufheizung zirkuliert die Flüssigkeit
in den Kanälen
des Gegenstandes und heizt diesen, wonach sie für eine weitere Erwärmung wieder
dem Wärmetauscher
zugeführt
wird. Durch mehrfache Wiederholung dieses Verfahrens steigt die
Temperatur der Oberfläche
des Gegenstandes schnell an.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist ein Sensor für die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Wasserbehälter vorgesehen,
während
letzterer mit einer an seiner Oberseite vorgesehenen Leitung versehen
ist um Flüssigkeit
nachzufüllen,
sodass in dem Fall, in dem der Sensor für den Flüssigkeitsspiegel im Wasserbehälter feststellt,
dass sich eine unzureichende Menge an Flüssigkeit im Wasserbehälter befindet,
ein entsprechendes Signal in Richtung Steuerkreis abgegeben wird,
wodurch zum Beispiel eine Leuchtdiode ein optisches Warnsignal anzeigt
und der Benutzer darüber
informiert wird, dass die fehlende Flüssigkeit zugeführt werden
muss. Eine weitere Leitung für
eine eventuell notwendige Abfuhr von überschüssiger Flüssigkeit ist an einer geeigneten
Stelle des Wasserbehälters
vorgesehen, mittels derer ein Überschuss
an Flüssigkeit
im Wasserbehälter
automatisch abgeführt
wird, um dergestalt die für
den reibungslosen Betrieb der Anordnung notwendige Menge an Flüssigkeit
im Wasserbehälter
konstant zu halten.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Kühler
ebenfalls mit einem Kreislauf für
das Kühlmittel
versehen, wobei der Kreislauf aus einer Vielzahl von Windungen besteht, die
jeweils einen Abstand voneinander aufweisen zur besseren Wärmeabfuhr.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der beigefügten
Zeichnung hervor.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt eine perspektivische
Ansicht der Anordnung nach der Erfindung,
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2 zeigt eine Innenansicht
einiger Bauteile der Anordnung,
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3 zeigt eine auseinandergezogene
Ansicht der Bauteile der Anordnung gemäss der Erfindung,
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4 zeigt eine weitere Ansicht
der Bauteile der Anordnung und
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5 zeigt eine weitere Ansicht
der einzelnen Bauteile der Anordnung nach der Erfindung.
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Genaue Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels
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In
den 1 und 3 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Anordnung zum aktiven schnellen Kühlen oder Heizen gemäß der Erfindung
in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Diese mit 1 bezeichnete
Anordnung ist hierbei mit einem gepolsterten Gegenstand 2 verbunden,
in dem eine Vielzahl von Kanälen 21 vorgesehen
ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht der gepolsterte Gegenstand 2 aus einer für Schlafzwecke
geeigneten Matratze (ohne daß die
Erfindung darauf beschränkt
ist; genau so gut kann es sich dabei um ein Sitzkissen oder einen
Haltegurt für
einen Sturzhelm etc, handeln). Die Anordnung 1 weist einen
Wasserbehälter 11 auf,
in dem sich ein Fluid befindet, (das vorzugsweise Wasser ist, ohne
dass die Erfindung darauf beschränkt
ist). Der Wasserbehälter 11 ist
mit einem Antrieb 12 für
das Fluid versehen (der vorzugsweise eine Pumpe ist, ohne dass die
Erfindung darauf beschränkt
ist). Der Auslass des Antriebs 12 für das Fluid ist mit dem Einlass
eines Wärmetauschers 13 verbunden.
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Wie
aus den 3 und 4 hervorgeht ist der Auslass
des Wärmetauschers
mit einem Ende einer Auslassleitung 31 verbunden, deren
anderes Ende mit dem Einlass des Gegenstandes 2 verbunden
ist, wie insbesondere 1 zeigt,
wobei der Auslass des Gegenstandes 2 mit dem einlassseitigen
Ende des Wasserbehälters 11 über eine
Leitung 32 verbunden ist. Außerdem ist die Anordnung 1 mit
einem Steuerkreis 14 versehen, der, ebenso wie der Wärmetauscher 13 und
der Antrieb 12 für
die Flüssigkeit
elektrisch mit einer Stromversorgung 15 verbunden sind, wie
es insbesondere aus 2 hervorgeht.
Die Stromversorgung 15 wiederum ist elektrisch mit dem öffentlichen
Stromnetz verbunden, wobei die Stromversorgung 15 den Wechselstrom
des öffentlichen Netzes
in Gleichstrom umwandelt und diesen dem Steuerkreis 14,
dem Wärmetauscher 13 und
dem Antrieb 12 für
die Flüssigkeit
zuführt.
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Wie
weiter aus den 1 und 3 hervorgeht kann nach dem
Zusammenbau der Bauteile der Steuerkreis 14 den Antrieb 12 für die Flüssigkeit
einschalten um den Gegenstand 2 zu kühlen, wobei in diesem Fall
die im Wasserbehälter 11 enthaltene Flüssigkeit
den Wärmetauscher 13 für den Kühlzweck
durchströmt.
Nach erfolgter Kühlung durchströmt die Flüssigkeit
die Kanäle 21 des
Gegenstandes 2 und nimmt dessen Wärme auf, wonach sie für eine weitere
Abkühlung
wieder dem Wärmetauscher 13 zugeführt wird.
Dieses wird so lange wiederholt, bis die Oberfläche des Gegenstandes 2 entsprechend
abgekühlt
ist und der Benutzer sich wohl fühlt,
wenn ein Körperteil
in einer warmen Umgebung mit dem Gegenstand 2 in Berührung kommt.
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Wird
hingegen die Anordnung 1 zum Heizen des Gegenstandes 2 verwendet,
wird der Wärmetauscher 13 in
den Heizzustand versetzt und heizt dadurch die vom Wasserbehälter 11 aus
in den Wärmetauscher 13 eintretende
Flüssigkeit
auf. Nach dem vollständigen
Aufheizen durchströmt
die Flüssigkeit die
Kanäle 21 des
Gegenstandes 2 um dergestalt diesen durch Wärmeabgabe
aufzuheizen, wonach sie für
einen erneuten Aufheizvorgang wieder dem Wärmetauscher 13 zugeführt wird.
Dieses wird so lange wiederholt, bis die Oberfläche des Gegenstandes 2 eine
derartige Temperatur aufweist, bei der sich der Benutzer in einer
kalten Umgebung wohl fühlt, wenn
ein Körperteil
mit dem Gegenstand 2 in Berührung kommt.
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Wie
weiterhin aus den 2 und 3 ersichtlich ist, weist
der Wärmetauscher 13 ein
Hauptteil 131 auf, das aus einem thermisch leitenden Material besteht
und in dem ein Kreislauf für
die Flüssigkeit und
ein Kreislauf für
ein Kühlmittel
(die in den Figuren nicht dargestellt sind) angeordnet sind, wobei
das einlaßseitige
Ende der Leitung für
die Flüssigkeit über eine
Leitung 3 mit dem Antrieb 12 für die Flüssigkeit verbunden ist und
das auslaßseitige
Ende über
eine Leitung 31 mit dem Gegenstand 2 verbunden
ist, so daß die
im Wasserbehälter 11 vorhandene Flüssigkeit
den Wärmetauscher 13 zum
Zweck der Kühlung
durchströmt.
Nach erfolgter Abkühlung
zirkuliert die Flüssigkeit
in den Kanälen
des Gegenstandes 2 um diesen zu kühlen. Der Kreislauf für das Kühlmittel
hingegen ist mit einem Kühlkompressor 133 verbunden,
einer Kapillarwendel 134, einem Filter 135 für das Kühlmittel
und einem Kühler 136 und zwar über eine
metallische Leitung 132.
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Wie
deutlich aus 5 hervorgeht
weist der Kühler 136 einen
Ventilator 137 auf, der in ihn eingesetzt ist, so daß die durch
ihn eingeblasene Luft die Wärme
vom Kühler 136 abführt, während der
Kompressor 133 das in ihn eintretende Kühlmittel in den flüssigen Zustand überführt. Nach Überführen des Kühlmittels
in den Kreislauf für
das Kühlmittel
im Wärmetauscher 13 wird
die von der Flüssigkeit
dem Hauptteil 131 übertragene
Wärme sehr
schnell absorbiert, wodurch wiederum die Oberfläche des Gegenstands 2 schnell
auf die erwünschte
Temperatur abgekühlt
wird.
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Das
Hauptteil 131 des Wärmetauschers 13 ist
mit einer Einbauöffnung 138 für die Aufnahme
eines elektrothermischen Stabes 41 versehen. Wird nun der
Wärmetauscher 13 in
den Heizzustand versetzt, so schaltet der Steuerkreis 14 den
Kompressor 133 für
das Kühlmittel
ab und schaltet den elektrothermischen Stab 41 ein, der
sich dadurch aufheizt. Die dabei erzeugte Wärme wird dem Hauptteil 131 des
Wärmetauschers 13 übertragen,
wodurch wiederum die vom Wasserbehälter 11 aus in den
Wärmetauscher 13 eintretende
Flüssigkeit
erwärmt
wird. Nach erfolgter Aufheizung zirkuliert die Flüssigkeit
in den Kanälen 21 des
Gegenstandes 2, wie es insbesondere in 1 dargestellt ist und heizt diesen auf, wonach
sie wieder dem Wärmetauscher 13 für eine weitere
Erwärmung
zugeführt
wird. Durch eine Wiederholung dieses Verfahrens wird der Gegenstand 2 schnell
auf die erwünschte
Temperatur erwärmt.
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Wie
in der 4 dargestellt
ist der Wasserbehälter 11 mit
einem Sensor 43 für
den Flüssigkeitsspiegel
versehen, wobei dieser Sensor 43 elektrisch mit dem Steuerkreis 14 verbunden
ist. Ferner weist der Wasserbehälter 11 eine
Leitung 16 auf, die an seiner Oberseite befestigt ist um
Flüssigkeit
nachzufüllen,
wenn der Sensor 43 einen zu niedrigen Flüssigkeitsspiegel
im Wasserbehälter 11 meldet
indem er ein Signal dem Steuerkreis 14 zuführt, das
zum Beispiel eine lichtemittierende Diode 17 anregt. Der Benutzer
wird damit aufgefordert, über
die Leitung 16 Flüssigkeit
dem Wasserbehälter 11 zuzuführen. Eine weitere
Leitung 18 ist an einer geeigneten Stelle am Wasserbehälter 11 vorgesehen
um einen Überschuß an Flüssigkeit
automatisch abzuführen
und so einen konstanten Flüssigkeitsspiegel
im Wasserbehälter 11 zu
gewährleisten.
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Wie
aus der 5 ersichtlich
weist der Kühler 136 einen
gewundenen Kreislauf 1363 für das Kühlmittel auf, wobei zwischen
den einzelnen Windungen des Kreislaufs 1363 jeweils ein
Spalt 1361 vorgesehen ist um in bestmöglicher Weise die von jeder
Windung des Kreislaufs 1363 abgegebene Wärme abführen zu
können.
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In 1 ist außerdem ein Schalter 19 für die Inbetriebnahme
und ein Umschalter 110 für das Umschalten der Anordnung
vom Kühlzustand
in den Heizzustand und umgekehrt eingezeichnet; dabei ist der Einschalter 19 elektrisch
mit der Stromversorgung 15 verbunden ist. Auch der Umschalter 110 für das Umschalten
der Anordnung vom Kühlzustand
in den Heizzustand und umgekehrt ist elektrisch mit der Stromversorgung 15 verbunden
und sorgt dafür,
daß bei
seiner Betätigung
der Wärmetauscher 13 entsprechend
angesteuert wird; bei Auswahl des Kühlzustandes wird der Kompressor 133 für das Kühlmittel
eingeschaltet, während
bei Auswahl des Heizzustandes der Steuerkreis 14 den elektrothermischen Stab 41 einschaltet
um dadurch Wärme
zu erzeugen.
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Daneben
ist die Anordnung 1 mit jeweils einem (nicht dargestellten)
Absperrhahn versehen, der in die Leitung 16 für das Nachfüllen von
Flüssigkeit und
in die Leitung 18 für
die Abfuhr von Flüssigkeit eingesetzt
ist, um die Leitungen 16, 18 wahlweise zu öffnen oder
zu schließen.
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Bei
dem in den 1 und 3 dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist außerdem
ein (nicht dargestellter) Temperaturfühler vorgesehen, sowie ein
Flüssigkristall-Bildschirm 113,
wobei der Temperaturfühler
elektrisch mit dem Bildschirm 113 verbunden ist, so daß die von
ihm gemessene Temperatur auf dem Bildschirm 113 angezeigt
werden kann.
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Aus 1 ist schließlich noch
ersichtlich, daß die
Anordnung 1 mit einer Öffnung 114 versehen ist,
die derart angeordnet ist, daß sie
dem Ventilator 137 gegenüber liegt und die mit einem
Schutzgitter 115 versehen ist, so daß die vom Ventilator 137 angesaugte
Luft zur Abfuhr von Wärme
vom Kühler
verwendet werden kann.
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Zwar
wurde die Erfindung nur an Hand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels
beschrieben, doch sei betont, daß der Fachmann zahlreiche Abwandlungen
und Modifikationen vornehmen kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung
zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen umrissen ist.