DE29505723U1

DE29505723U1 - Intelligenter Wärmeleiter

Info

Publication number: DE29505723U1
Application number: DE29505723U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Viehmann Matthias Dipl-Ing De
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2005-04-04

Description

Beschreibung

Intelligenter Wärmeleiter

In bestimmten Anwendungsfällen der Isolier- und Klimatechnik läßt sich ein Optimum in der Ausnutzung von Wärmeenergie nur erzielen, wenn ein und derselbe Stoff oder ein und dieselbe Anordnung ohne mechanische Veränderungen als Wärmeleiter oder als thermischer Isolator arbeiten können. Dazu ist es notwendig, die jeweils herrschenden Temperaturverhältnisse zu erfassen und auf Grund dieser zu entscheiden, ob die Anordnung als Wärmeleiter oder Wärmeisolator betrieben werden soll. Bisher ist keine Anordnung bekannt, die ein solches aktives bzw. intelligentes Verhalten zeigt.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die selbständig entscheidet, ob sie das Verhalten eines Wärmeleiters oder eines Wärmeisolators zeigen muß. Sie ist in der Lage, ohne mechanische Veränderungen einen Wärmeleiter oder einen Wärmeisolator darzustellen, wobei auch Zwischenstufen eingenommen werden können.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Figur zeigt den Aufbau der Anordnung.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Wärmestrom von Bereich I nach Bereich &Pgr; oder umgekehrt durch die Beeinflussung der thermischen Leitfähigkeit von Medium 2 mittels Feldeffekt gesteuert wird. Im einfachsten Fall ergibt sich die Entscheidung Wärmestrom oder kein Wärmestrom, wobei aber auch Zwischenstufen möglich sind. Die Entscheidung wird von der Anordnung selbst getroffen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2, 3, 4, 5 und 6 angegeben.

Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 2 gewährleistet auf Grund des Einsatzes integrierter Steuerungstechnik mit geringer Leistungsaufnahme die leistungsarme Steuerung eines beliebig großen Wärmestromes.

Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 3 realisiert durch die Verwendung lichtdurchlässiger Materialien den Einsatz der Anordnung in Form eines intelligenten Thermofensters.

Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 4 gewährleistet durch den Einsatz flexibler Materialien einen breiten Anwendungsbereich, bei dem die Anordnung mechanisch der Einsatzumgebung angepaßt werden kann. Dabei sind auch Materialien als Medium 2 denkbar, die fest oder flüssig sind oder Stoffgemische bilden, wenn sie ihre thermische Leitfähigkeit durch den Einfluß eines elektrischen Feldes ändern.

Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 5 realisiert durch die Stromversorgung der Anordnung über Solarmodule die autarke Betriebsweise.

Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 6 gewährleistet durch den gleichzeitigen Einfluß auf die Wärmestrahlung eine noch größere Wärmeisolation bzw. einen noch größeren Wärmeübergang.

Die Steuerung 6 erhält über die beiden Temperatursensoren 5 die Information über die Temperaturverhältnisse in den Bereichen I und &Pgr;. Basierend auf diesen Werten und den Eingabegrößen vom Anwender der Anordnung über die gewünschten bzw. definierten Temperaturverhältnisse der zu beeinflussenden Seite entscheidet die Steuerung 6 über einen möglichen bzw. nötigen Wärmestrom von oder zur zu beeinflussenden Seite.

Allgemein ist ein Wärmestrom dann möglich, wenn eine Temperaturdifferenz vorhanden ist, die einen Wärmestrom treiben kann. Die Richtung ist abhängig von der Richtung des Temperaturgefälles. Neben Wärmestrom und Temperaturdifferenz gehört zum Thermokreis noch der Wärmewiderstand, welcher umgekehrt proportional zur thermischen Leitfähigkeit eines Stoffes ist.

Es wird an dieser Stelle vorausgesetzt, daß die thermische Leitfähigkeit vom Medium 2 über den Einfluß eines elektrostatischen Feldes beeinflußt werden kann, in der Form, daß diese ohne Feld sehr gering ist und mit Feld einen sehr großen Wert aufweisen kann. Es soll aber nicht ausgeschlossen werden, daß Medium 2 auch entgegengesetztes Verhalten zeigen kann, also kein Feld und gute Wärmeleitung bzw. Feld und geringe Wärmeleitung und daß dies auch mit Hilfe eines Wechselfeldes möglich ist.

Geht man allerdings davon aus, daß der Zustand eines Wärmeisolators öfters eingenommen wird als der eines Wärmeleiters, dann liegt es nahe, die Kombination kein Feld mit geringer Wärmeleitung anzustreben.

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Ermittelt die Steuerung 6 die Möglichkeit bzw. Notwendigkeit eines Wärmestromes, legt sie an die Teile 4 unterschiedliche elektrische Potentiale an, die zu einem elektrostatischen Feld führen, welches die thermische Leitfähigkeit von Medium 2 erhöht und somit einen Wärmestrom bewirkt.

Die eingesetzte elektrische Isolierung 3 zwischen Medium 2 und Schicht 4 sorgt für ein elektrostatisches Feld, woraus folgt, daß kein elektrischer Strom durch die Anordnung fließt. Geht man davon aus, daß die Steuerung in integrierter Technik realisiert werden kann und eine geringe Leistungsaufnahme besitzt, ist zu schlußfolgern, daß die gesamte Anordnung eine sehr geringe Leistungsaufnahme vorweisen kann und somit mit einer sehr kleinen Steuerleistung ein beliebig großer Wärmestrom beeinflußbar ist.

Das Management der Steuerung 6 richtet sich nach den Anforderungen der zu erzielenden Temperaturverhältnisse in den Bereichen I und &Pgr;. Denkbar sind z.B. die Anwendung der Anordnung als intelligentes Thermofenster, wobei es um die Beeinflussung der Raumtemperatur geht, deren notwendige Erhöhung durch die Zuschaltung eines Wärmestromes von außen nach innen bei gegebenen Voraussetzungen unterstützt werden kann, die Anwendung als intelligente Abwasserleitung, bei der ebenfalls eine Rückgewinnung der Wärme möglich ist. Intelligenten Kühleinrichtungen ist es möglich, auf entsprechende Änderungen der Außentemperatur zu reagieren. In der Medizintechnik sind Wärme- bzw. Kältebrücken zu- und abschaltbar. Das intelligente Gehäuse elektronischer Geräte kann sich bezüglich der Einsatztemperatur anpassen.

Anwendungen ergeben sich überall dort, wo sich die Anforderungen an einen Stoff hinsichtlich Wärmeisolator und Wärmeleiter überschneiden. Der Intelligente Wärmeleiter kann diesen Widerspruch lösen.

Entsprechend dem Anspruch 4 können als Medium 2 auch Lamellen aus einem thermisch leitfähigen flexiblen Material angesehen werden, die sich in Abhängigkeit von der Polarität des elektrischen Feldes als Wärmebrücke zwischen die Bereiche I und &Pgr; legen, was bei unterschiedlichen elektrischen Potentialen der Schicht 4 der Bereiche I und &Pgr; der Fall ist, oder die Lamellen verbleiben auf ihrer Befestigungsseite, wobei sich ein Wärmeisolator ergibt, wenn der Zwischenraum gasleer oder mit einem thermischen Isoliergas gefüllt ist. Letzteres ist bei gleicher Polarität der Schicht 4 der Bereiche I und II der Fall.

Verwendete Bezugszeichen

1 Elektrisch und thermisch isolierender Stoff

2 Gasförmiges Medium, welches außerhalb eines elektrischen Feldes keine Wärmeleitung besitzt und im elektrischen Feld eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist oder umgekehrt

3 Fester Stoff mit guter Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolation, auch lichtdurchlässig als Eigenschaft möglich

4 Elektrisch und thermisch leitfähige Schicht, z.B. als aufgedampftes Metall auch lichtdurchlässig

5 Temperatursensoren für die Temperaturen Tj und T2

6 Elektronische Steuerung, die die Temperaturen Tj und T2 als Eingangsgröße besitzt und am Ausgang elektrisch in Verbindung steht mit

Bereich I Bereich mit der Temperatur T j Bereich &Pgr; Bereich mit der Temperatur T2

Claims

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Dipl. Ing. Matthias Viehmann
Ludwig-Jahn-Straße 12, D-06526 Sangerhausen

Schutzansprüche

Intelligenter Wärmeleiter, der selbständig die Notwendigkeit und Möglichkeit einer Wärmeleitung oder Wärmeisolation zwischen den Bereichen I und &Pgr; erkennt und ohne mechanische Änderung seines Aufbaus als Wärmeleiter oder Wärmeisolator arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem elektrisch und thermisch isolierenden Stoff (1) eine konstruktive Reihenschaltung von einem festen, wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Stoff (3), einer elektrisch und thermisch leitfähigen Schicht (4) und einem gasförmigen Medium (2) eingebracht ist, wobei das Medium (2) seine thermische Leitfähigkeit in Abhängigkeit eines durch die Schicht (4) und der elektronischen Steuerung (6) erzeugten elektrischen Feldes ändern kann und die Temperatursensoiren (5) der Steuerung (6) Informationen über die Temperaturzustände in den Bereichen I und II liefern.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (6) durch integrierte Elektronik mit geringer Leistungsaufnahme aufgebaut wird.

Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konstruktive Reihenschaltung des Mediums (2), des Stoffes (3) und der Schicht (4) lichtdurchlässig ist.

Anordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus flexiblen Stoffen besteht und/oder das Medium (2) fest, flüssig oder ein Stoffgemisch ist, oder durch thermisch leitfähige flexible Lamellen gebildet wird, wobei dann der Zwischenraum gasleer oder mit thermischen Isoliergas gefüllt ist.

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Anordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Anordnung mit Solartechnik erfolgt.

Anordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (2) neben der Änderung der thermischen Leitfähigkeit auch die Fähigkeit besitzt, in Abhängigkeit vom elektrischen Feld die durchgehende Wärmestrahlung zu beeinflussen.

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