DE2444223A1

DE2444223A1 - Peltier-effekt-luftkonditionierungsmodul und mit einem solchen modul ausgestattete luftkonditionierungsanlage

Info

Publication number: DE2444223A1
Application number: DE2444223A
Authority: DE
Inventors: Michel Alais
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1975-03-20
Also published as: CH587454A5; NL7412326A; GB1475017A; US3937028A; FR2244138A1; SE400416B; FR2244138B1; IT1027555B; BE819604A; SE7411681L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Peltier-Effekt-Luftkonditionierungsmodul und auf eine derartige Moduln aufweisende Luftkonditionierungsanlage.

Es gibt mit dem Peltier-Effekt arbeitende Luftkondition ierungs geräte, die einen elektrischen Leiter besitzen, der aus einer alternierenden Folge von Thermoelementdrähten P und N besteht, die in Reihe geschaltet sind und an ihren Enden mit zwei Anschlußklemmen für die Gleichstromversorgung versehen sind, wobei die kalten (oder heißen) Verbindungsstellen dieses Leiters mit der Luft des Zimmers in thermischem Kontakt stehen.

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Bekannte derartige Geräte bieten den Vorteil, Wärme oder Kälte statisch zu liefern, jedoch ist ihre Arbeitsweise nicht ganz frei von Geräusch, da es notwendig ist, die zu konditionierende Zimmerluft in die Nähe der Thermoelement-Verbindungen zu blasen.

Der erfindungsgemäße Peltier-Effekt-Luftkonditionierungsmodul bietet den Vorteil, leiser zu arbeiten, d.h., ohne daß die Zimmerluft durch Ventilation mit den Verbindungsstellen in Berührung gebracht werden muß.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Modul, der einen aus einer alternierenden Reihe von in Serie geschalteten positiven und negativen Thermoelernentplättchen bestehenden elektrischen Leiter besitzt, der an seinen Enden mit zwei Anschlußklemmen versehen ist, durch die Gleichstrom zugeführt wird. Dieser Modul ist dadurch gekennzeichnet, daß er darüber hinaus eine heiße, elektrisch leitende Platte aufweist, die mit parallelen Hohlrippen versehen ist, und eine ebenfalls mit parallelen Hohlrippen versehene kalte, elektrisch leitende Platte umfaßt, die der heißen Platte gegenüberliegt, wobei die Hohlrippen der beiden Platten sich gegenüberliegen, daß jedes der Thermoelementplättchen zwischen dem Grat einer Hohlrippe der heißen Platte und dem Grat einer Hohlrippe der kalten Platte liegt, wobei die heiße und die kalte Platte in Plättchen unterteilt sind, von denen jedes einen elektrischen Kontakt zwischen einem Thermoelementplättchen des Typs P und einem benachbarten Thermoelementplättchen des Typs N herstellt, so daß der durchgehende Leiter entsteht.

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Im erfindungsgemäßen Modul dienen die an den Thermoelementen befestigten leitenden Plättchen vorzugsweise ebenfalls als Rippen zur Abgabe der Wärme; diese Rippen haben Oberflächen, die mehrere hundertmal größer sind als die Oberfläche der verschiedenen Verbindungsstellen; außerdem ist der Abstand zwischen den Ebenen der beiden Platten dank der Hohlrippen wesentlich größer als die Höhe eines Thermoelements, wodurch in großem Maße die thermische Kopplung zwischen den beiden Platten verringert und die Arbeitsweise des Moduls verbessert wird.

Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung verlaufen die Rippen der heißen Platte parallel zu den Rippen der kalten Platte. So ist es möglich, diese Rippen senkrecht anzuordnen und die Kalorienabgabe wird durch die infolge natürlicher Konvektion entlang den Rippen fließende Luft erheblich verbessert.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Rippen der heißen Platte senkrecht zu den Rippen der kalten Platte. Solche Moduln sind besonders vorteilhaft bei der Verwendung in der Luftkonditionxerung von zwei nebeneinanderliegenden Zimmern. Denn man ordnet in der Trennwand zwischen diesen beiden Zimmern zwei sich gegenüberliegende Moduln an, deren jeweils kalte Platten mit der Luft eines zu klimatisierenden Raums in Berührung stehen und deren heiße Platten sich gegenseitig gegenüberliegen.

Die Rippen der kalten Platten verlaufen senkrecht,

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daß die Zimmerluft durch natürliche Konvektion an den Plättchen und den Rippen entlang fließt und die Kalorien abgibt, ohne daß die Verwendung eines Ventilators in einem der Zimmer notwendig wäre. Im Raum zwischen den heißen Platten läßt man einen horizontalen Luftstrom entlang den entsprechenden Rippen und Plättchen fließen. Der Luftstrom wird durch einen Ventilator erzeugt, der außerhalb der Zimmer liegen Kann.

Das durch diese erzwungene Ventilation entstehende Geräusch wird durch die Moduln gedämpft und ist in den Zimmern kaum hörbar.

An Hand der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Luftkonditionierungsmodul.

Fig. 2 stellt im einzelnen einen Teil des Moduls gemäß Fig. 1 dar.

Fig. 3 stellt eine Variante des erfindungemäßen Luftkonditionierungsmoduls dar.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Moduls.

Fig. 5 stellt eine erfindungsgemäße Luftkonditionierungsanlage dar.

Der Luftkonditionierungsmodul 1, wie er in Fig. 1 dargestellt wird, besteht aus einer kalten Platte 2 und einer heißen Platte 3, die einander gegenüber angeordnet sind.

Die kalte Platte 2 weist senkrechte Hohlrippen 4

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auf und wird in elektrisch voneinander isolierten Plättchen 5 unterteilt; ebenso weist die wärme Platte 3 parallele Hohlrippen 6 auf und wird in elektrisch voneinander isolierte Plättchen 7 unterteilt.

In der Fig. 1 verlaufen die Hohlrippen 4 und 6 der kalten bzw. heißen Platte 2 bzw. 3 untereinander parallel.

Zwischen den Graten 4' der Hohlrippen 4 der kalten Platte und den Graten 6' der Hohlrippen 6 der heißen Platte sind positive Thermoelementplättchen 8 und negative Thermoelementplättchen 9 (siehe Fig. 2) angebracht, wobei jedes der Plättchen 5 bzw. 7 zwischen einem positiven und einem benachbarten negativen Thermoelementplättchen einen elektrischen Kontakt herstellt.

Die eine der Platten ist mit einer positiven und die andere mit einer negativen elektrischen Anschlußklemme ausgestattet, durch die Gleichstrom zugeführt wird.

Die thermische Kopplung zwischen den beiden Platten ist gering, da sie einen Abstand untereinander aufweisen. Zur weiteren Verringerung dieser thermischen Kopplung werden Hohlrippen verwendet, deren Bodenfläche 4", 6" gewellt ist, wobei die Tiefe der Rippen an den Berührungspunkten mit den Thermoelementplättchen am größten ist.

Eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls wird in Fig. 3 dargestellt. Gemäß dieser weiteren Ausführungsform besteht der Modul 10 aus zwei Platten, einer kalten 12 und einer heißen 13, wobei die kalte Platte 12 parallele Hohlrippen 14 aufweist und in elektrisch voneinander isolierte Plättchen 15 unterteilt ist, und die heiße

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Platte 13 parallele Hohlrippen 16 aufweist und in Plättchen 17 unterteilt ist, wobei die Rippen 14 senkrecht zu den Rippen 16 verlaufen.

An den Kreuzungspunkten zwischen den Graten der Rippen 14 und 16 sind positive und negative Therraoelernentplättchen 18 bzw. 19 angebracht, wobei jedes der Plättchen 15 bzw. 17 einen elektrischen Kontakt zwischen zwei entgegengesetzt gepolten Thermoelementplättchen herstellt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Luftkonditionierungsmoduln ist wie folgt :

Legt man an den aus der alternierenden Folge von durch die Plättchen 15 bzw. 17 in Reihe geschalteten Thermoelementen gebildeten Leiter einen Gleichstrom, so werden die Plättchen der einen Platte, z.B. 12, aufgrund des Peltier-Effekts auf eine Temperatur gebracht, die unter der Temperatur der Plättchen der anderen Platte. z.B. 13, liegt.

Die mit der zu konditionierenden Luft in Berührung stehende Platte ist mit ihren Rippen senkrecht angeordnet. Es sei angenommen, daß es sich hierbei um die kalte Platte handelt.

Die Plättchen, die im Verhältnis zu den Thermoelementen eine große Abmessung aufweisen, wirken als Kühlrippen zur Ableitung von Kalorien.

Tritt die Luft im Zimmer mit der kalten Platte in Berührung, so hat sie die Tendenz, herabzusinken, wobei sie abgekühlt wird, so daß eine natürliche Luftströmung in senkrechter Richtung von oben nach unten entlang den Hohlrippen der kalten Platte entsteht.

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Wenn die Hohlrippen der heißen Platte senkrecht verlaufen (Fig. 1), so entsteht ein natürlicher Luftstrom von unten nach oben beim Kontakt mit dieser Platte entlang den Hohlrippen. Dieser Luftstrom führt die Kalorien der Platte ab.

Die Seite mit der heißen Platte des Moduls steht mit nicht zu klimatisierender Luft in Verbindung.

Wird die Stromrichtung umgekehrt, so kehrt sich auch die Funktion der Platten um, so daß an der heißen Platte, die jetzt mit der zu klimatisierenden Luft in Berührung steht, ein Luftstrom von unten nach oben entsteht, der beim Aufsteigen erwärmt wird, während entlang der jetzt nicht mehr mit der zu klimatisierenden Luft in Verbindung stehenden kalten Platte ein Luftstrom von oben nach unten entsteht, der die Kalorien dieser kalten Platte abführt.

In dem Fall, in dem die Rippen der nicht mit der zu klimatisierenden Luft in Berührung stehenden Platte horizontal verlaufen (Fig. 3), stellt sich ein steigender bzw. fallender Luftstrom wegen der Orientierung der Hohlrippen nur schlecht ein. Deshalb ist es vorteilhaft, eine seitliche Ventilation vorzusehen·, die einen horizontalen Luftstrom erzeugt, der durch diese Rippen verläuft und die Kalorien (bzw. die Kälte, je nach Richtung des elektrischen Gleichstroms) dieser Platte abführt.

Das durch diese Ventilation erzeugte Geräusch ist nur sehr schwach im Zimmer zu vernehmen, da es an der dem Zimmer abgewandten Seite entsteht.

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Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Modul.

Der Raum zwischen der heißen und der kalten Platte ist mit einem Isolierschaum 30 (beispielsweise expandiertes Polyurethan) gefüllt, was dem Modul eine bestimmte Festigkeit verleiht und die Wärmeisolierung zwischen den beiden Platten erhöht.

Der Modul ist in einen Metallrahmen 31 gesetzt, der mit den Platten nicht in Berührung tritt. Vor die mit der zu klimatisierenden Luft in Berührung tretende Platte, beispielsweise die kalte Platte, wird ein Isoliergitter -32 gesetzt, und die sieh abkühlende Luft zirkuliert entlang den in der Zeichnung dargestellten Pfeilen.

Im unteren Bereich des Moduls ist eine Rinne 33 zum Auffangen des kondensierten Wasserdampfs vorgesehen; der Wasserdampf kondensiert und fließt entlang der mit der zu kondxtxonxerenden Luft in Berührung stehenden Platte herab. Der Modul kann in eine Wand 34 eingebaut werden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Luftkonditionierungsanlage für zwei aneinandergrenzende Zimmer.

In diesem Fall werden zwei Moduln (oder Gruppen von Moduln) 41, 51 in der Trennwand zwischen den beiden Zimmern einander gegenüber angeordnet.

Die beiden Moduln entsprechen dem in Fig. 3 dargestellten Typ, d.h., die Rippen der einen Platte verlaufen senkrecht zu den Rippen der anderen Platte.

Zwischen den beiden Moduln wird ein Raum gelassen.

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Die beiden Moduln werden so angebracht, daß dieser Raum durch zwei Platten 43, 53 begrenzt wird, deren Rippen 45, 55 horizontal verlaufen, so daß die Platten 42, 52, die mit der zu kondxtxonxerenden Luft der beiden Zimmer in Berührung tritt, senkrechte Rippen 44,54 aufweisen.

So ist es möglich, gleichzeitig die Temperatur der beiden Zimmer zu senken oder zu erhöhen, wenn Mittel zur Erzeugung einer Ventilation der Luft in den Zwischenraum zwischen den beiden Moduln vorhanden sind. Diese Luft führt die Kalorien (bzw. die Kälte) der beiden inneren Platten ab.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

(l/- Peltier-Effekt-Luftkonditionierungsmodul mit einem aus einer alternierenden Folge von in Reihe geschalteten Thermoelernentplättchen bestehenden Leiter und mit an seinen Enden zwei elektrischen Klemmen zur Zuführung von Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß er darüber hinaus eine heiße, elektrisch leitende Platte (z.B. 2) aufweist, die mit parallelen Hohlrippen (4) versehen ist, und eine ebenfalls mit parallelen Hohlrippen (6) versehene kalte, elektrisch leitende Platte (z.B. 3) umfaßt, die der heißen Platte gegenüberliegt, wobei die Hohlrippen der beiden Platten sich gegenüberliegen, daß jedes der Thermoelementplättchen (8 bzw. 9) zwischen dem Grat einer Hohlrippe der heißen Platte und dem Grat einer Hohlrippe der kalten Platte liegt, wobei die heiße und die kalte Platte in Plättchen (5 bzw. 7) unterteilt sind, von denen jedes einen elektrischen Kontakt zwischen einem Thermoelementplättchen des Typs P (z.B. 8) und einem benachbarten Thermoelementplättchen des Typs N (z.B. 9) herstellt, so daß der durchgehende Leiter entsteht.

2 - Luftkonditionierungsmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (6) der heißen Platte (3) parallel zu den Rippen (4) der kalten Platte (2) verlaufen.

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3 - Luftkonditionierungsmodul gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden (4", 6") der Hohlrippen (4, 6) der heißen Platte (3) und der kalten Platte (2) gewellt sind, wobei die Tiefe der Hohlrippen (4, 6) an den Berührungspunkten mit den Thermoelementen (8, 9) am größten ist.

4 - Luftkondxtionierungsmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) der heißen Platte (13) senkrecht zu den Rippen (14) der kalten Platte (12) verlaufen.

5 - Luftkondxtionierungsmodul gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den beiden Platten (2, 3) mit einem Isolierschaum (30) gefüllt ist.

6 - Luftkondxtionierungsmodul gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Isolierschaum (30) um expandiertes Polyurethan handelt.

7 - Luftkondxtionierungsmodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen steifen Rahmen (31) umfaßt, der elektrisch von der heißen und kalten Platte (3, 2) isoliert ist.

8 - Luftkondxtionierungsmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Platten (2, 3) von einem Gitter (32) aus Isoliermaterial bedeckt ist.

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9 - Luftkonditionierungsanlage mit mehreren Moduln gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, die eine senkrechte Wand bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (4, 6) der Platten (2, 3) der verschiedenen Moduln (1) senkrecht verlaufen.

10 - Luftkonditionierungsanlage für zwei durch eine Wand getrennte, aneinander grenzende Zimmer, die mehrere Moduln gemäß Anspruch 4 umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand aus zwei Gruppen von Moduln (41, 51) gebildet wird, die in zwei senkrechten Ebenen angeordnet sind, wobei die kalten Platten (42, 52) jeder der Gruppen (41, 51) mit der Luft jedes der beiden Zimmer in Berührung stehen,und daß die heißen Platten (43, 53) jeder der beiden Gruppen (41, 51) einander gegenüberliegen, wobei die Hohlrippen (45, 55) dieser heißen Platten (43, 53) horizontal verlaufen, und daß die Anlage darüber hinaus Mittel zum Ansaugen der sich zwischen den heißen Platten der beiden Gruppen von Moduln befindlichen Luft umfaßt.

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