DE3103302A1 - Device for heating or cooling an air stream or the like - Google Patents

Device for heating or cooling an air stream or the like

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Abstract

The invention relates to a device for heating and/or cooling, or for cooling and/or heating an air stream or the like, using Peltier elements. To achieve a heating or cooling of an air stream or the like with a comparatively high efficiency, the invention proposes that the arrangement of the Peltier elements (4-7) and the routeing of the air stream are such that the latter is passed thermally over the hot sides of the Peltier elements one after another and is fed back in countercurrent over their cool sides, or vice versa. The Peltier elements (4-7) are contained in a common housing (1, 2). The housing (1, 2) has ribs (3) or the like and is optionally fitted with rerouteing devices or the like. The invention furthermore relates to the use of such devices for cleaning air containing pollutants using sorption and catalyst materials, the air to be purified first being heated to 20-30 DEG C, then being exposed to the sorption materials and subsequently heated to 55-60 DEG C, after which it is exposed to the catalyst materials. After this the air is cooled and the purified air fed back for further use. <IMAGE>

Description

"Vorrichtung zur Erwärmung oder Abkühlung eines Luftstromes od.dgl.""Device for heating or cooling an air stream or the like."

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung und/oder Abkühlung bzw. zur Abkühlung und/oder Erwärmung eines uftstromes od.dgl., unter Verwendung von Peltierelementen.The invention relates to a device for heating and / or cooling or for cooling and / or heating an air stream or the like. Using of Peltier elements.

In der Technik stellt sich oftmals das Problem, einen Luftstrom zu erwärmen bzw. abzukühlen, um diesen nach Behandlung oder Ausnutzung seiner Wärme bzw. Kälte weiter zu verwenden. So ist es beispielsweise bekannt, die Befreiung der Luft von Schadstoffen mittels chemischer Sorptions- und Katalysatormassen durchzuführen. Sorptionsmassen werden in ihrer Aufnahmefähigkeit sehr stark vom Wasserdampfpartialdruck beeinflußt, und zwar dahingehend, daß beispielsweise A-Kohle von einer relativen Luftfeuchtigkeit ab oberhalb von 50 % bei schwerwasserlöslichen IJtoifen in ihrer Sorptionsfähigkeit um ein Mehrfaches absinkt. Weiterhin geht die Sorptionsfähigkeit aber auch mit steigender 'I'emperatur, beispielsweise oberhalb von 40 - 50°C, sehr stark zurück, so daß teilweise in diesem Bereich sorbierte Stoffe schon wieder freigesetzt werden. Katalysatormassen werden hingegen schon bei sehr geringen relativen Feuchtigkeiten unbrauchbar. Um Katalysatormassen, beispielsweise Hopkalit, gegen Feuchtigkeitsumschlag zu schützen, müssen diese aufgeheizt werden. Im aufgeheizten Zustand sind die Sorptionsmassen ab einer ber stimmten Temperatur jedoch kaum noch aufnahmefähig bzw.In technology, the problem often arises of delivering an air stream heat or cool down to this after treatment or utilization of its heat or continue to use cold. So it is known, for example, the liberation the air of pollutants by means of chemical sorption and catalyst masses. In terms of their absorption capacity, sorption masses are very strongly influenced by the partial pressure of water vapor influenced, to the effect that, for example, charcoal from a relative Humidity from above 50% with sparingly water-soluble IJtoifen in their Sorption capacity drops several times. Furthermore, the sorption capacity goes but also with increasing temperature, for example above 40 - 50 ° C, very much strongly back, so that partially sorbed substances in this area are already released again will. On the other hand, catalyst masses are already used at very low relative humidities unusable. To catalyst masses, for example hopcalite, against To protect moisture from changing over, these must be heated. In the heated However, above a certain temperature, the sorption masses are hardly in condition receptive or

wird ein Teil der sorbierten Schadstoffe bereits wieder freigesetzt. Eine Vorwärmung der zu reinigenden Luft bei gleichzeitiger Anwendung von sorptions- und katalysatorwirkenden Nassen hat sich wegen deren zum Teil gegensätzlicher Vclhalt,ensweisen als nicht brauchbar erwiesen, weil diese Vowalmung nicht zum gewünschten Erfolg geführt hat.some of the sorbed pollutants will already be released again. A preheating of the air to be cleaned with simultaneous use of sorption and catalyst-acting wet has emerged because of their partly contradicting content proved to be unusable because this vowalmung did not lead to the desired success has led.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche in einfacher Weise eine Erwärmung bzw. Kühlung eines Luftstromes mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad ermöglicht.The invention is based on the object of providing a device of the initially described to create mentioned type, which in a simple manner a heating or cooling an air flow with a comparatively high efficiency.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Peltierelemente derart angeordnet sind und der Luftstrom so geleitet ist, daß dieser thermisch nacheinander über die Heißseiten der Peltierelemente geführt und im Gegenstrom über deren Kühlreihen zurückgeführt ist bzw. umgekehrt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß der heißesten Heißseite der thermisch hintereinander angeordneten Peltierelemente jeweils die heißeste kaltseite gegenüberliegt, so daß die für das einzelne Peltierelement zu überwindende Temperaturdifferenz auf ein Minimum reduziert wird. Dies hat zur folge, daß zur Aufheizung lediglich die zu erbringende Heizleistung vermindert um die Kühlleistung der Kaltseite der Peltierelemente aufgewendet werden muß. Bei einer Aufheizung von beispielsweise 5000 muß ein Peltierelement gegen eine Temperaturdifferenz von 5000 hochpumpen. Da der Wirkungsgrad von Wärmepumpen umgekehrt proportional der zu überwindenden Temperaturdifferenz ist, erweist sich dieser als vergleichsweise schlecht. Bei an sich bekannter Verwendung von Peltierelementen zur Aufheizung oder 'Abkühlung werden etwa 30 - 40 Vü der elektrischen Leistung zur Erzeugung einer lleiz- bzw. Kühlleistung verwandt. Demgegenüber läßt sich dieser Anteil durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auf etwa 70 % steigern.According to the invention this is achieved in that the Peltier elements are arranged and the air flow is directed so that it is thermally successive guided over the hot sides of the Peltier elements and in countercurrent over their cooling rows is returned or vice versa. This configuration ensures that the hottest hot side of the Peltier elements thermally arranged one behind the other the hottest cold side opposite, so that for the individual Peltier element to be overcome temperature difference is reduced to a minimum. The consequence of this is that only the heating output to be provided for heating reduced by the cooling capacity of the cold side of the Peltier elements got to. With a heating of 5000, for example, a Peltier element must against a Pump up the temperature difference of 5000. Because the efficiency of heat pumps is reversed is proportional to the temperature difference to be overcome, it turns out to be comparatively bad. With known use of Peltier elements about 30 - 40 Vü of the electrical power are required for heating or cooling related to the generation of a heating or cooling capacity. In contrast, this Increase share by the device according to the invention to about 70%.

Vorteilhaft befinden sich die Peltierelemente in einem gemeinsamen Gehäuse, so daß sich insgesamt eine kompakte und leicht zu handhabende Anordnung ergibt. Das Gehäuse ist mit Rippen od.dgl. versehen, so daß der Wärme- bzw. Kälteübergang verbessert wird.The Peltier elements are advantageously in a common Housing, so that overall a compact and easy-to-use arrangement results. The housing is with ribs or the like. provided so that the heat or cold transfer is improved.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist dusdÜn (ie'hius,e mit Umleitvorrichtungen od.dgl. ausgerüstet, so daß auch eine partielle Erwärmung oder Abkühlung des darüber oder hindurchgeführten Luftstromes möglich ist.According to a further proposal of the invention, dusdÜn (ie'hius, e with diversion devices or the like. equipped, so that also a partial heating or cooling the over or through Air flow possible is.

Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf die Verwendung der Vorrichtung zur Reinigungevõn mit Schadstoffen belasteter Luft, vorzugsweise für die einem Aufenthalt von Personen dienenden Kabinen od.dgl. zugeführte Luft, unter Verwendung von Sorptions- und Katalysatormassen, wobei die zu reinigende Luft zunächst eine Erwärmung auf 20 - 3000 erfährt, dann die Sorptionsmassen beaufschlagt, anschließend auf 5 - 6000 aufgeheizt wird, woraufhin diese Katalysatormassen beaufschlagt, im Anschluß daran einer Abkühlung unterwoi'I.en wird und die gereinigte Luft der weiteren Verwendung zugeführt wird. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich eine einfache und schnelle Möglichkeit, einen Luftstrom zu erwärmen bzw. abzukühlen und nach Behandlung bzw. Ausnutzung seiner Wärme oder Kühle den Luftstrom abzukühlen bzw. zu erwärmen und einer weiteren Verwendung zuzuführen.The invention also extends to the use of the device for cleaning air polluted with pollutants, preferably for a stay of people serving cabins or the like. supplied air, using sorption and catalyst masses, the air to be cleaned initially being heated 20 - 3000 experiences, then the sorption masses applied, then to 5 - 6000 is heated, whereupon these catalyst materials acted upon, subsequently is subjected to cooling and the purified air is further used is fed. The use of the device according to the invention results in a quick and easy way to heat or cool an air stream and after treatment or utilization of its heat or coolness, to cool the air flow or to be heated and fed to a further use.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt diese in schematischer Dar-Lllung eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.An embodiment of the invention is shown in more detail with reference to the drawing explained, namely this shows in a schematic Dar-Lllung a view of the invention Contraption.

Mit 1 und 2 sind die beiden Hälften des Gehäuses bezeichnet, die Je mit Rippen 3 zur Führung eines Luftstromes sowie zur Vergrößerung der Oberflächen der Gehäuseteile 1, 2 versehen sind. Zwischen den Gehäuseteilen befinden sich die Peltierelement 4, 5, 6, 7, die thermisch hinSreinander angeordnet sind. Der Luftstrom ist so geführt, daß dieser, wie durch den Pfeil 8 angegeben, nacheinander über die Heißseiten der Peltierelemente 4, 5, 6, 7 geführt ist und dann ggf. nach Behandlung den 'I,ufl,stromes und Abkühlung über die Kühlzeiten der Peltiereiernenje 7, 6 5, 4 im Gegenstrom zurückgeführt wird, wie durch den Pfeil 9 dargestellt ist.With 1 and 2, the two halves of the housing are referred to, the Je with ribs 3 for guiding an air flow and for enlarging the surface the housing parts 1, 2 are provided. The Peltier elements 4, 5, 6, 7, which are arranged thermally towards one another. The airflow is performed so that this, as indicated by arrow 8, one after the other over the Hot sides of the Peltier elements 4, 5, 6, 7 is performed and then optionally after treatment the 'I, ufl, current and cooling over the cooling times of the Peltier eggs 7, 6 5, 4 is returned in countercurrent, as shown by arrow 9.

Im dargestellten Ausführungsfalle dient die erfindungsgemäße Vorrichtung als Wärmepumpe, wobei durch die Anordnung der Peltierelemente 4 - 7 und Führung des Luftstromes 8, 9 sichergestellt ist, daß der heißesten Heißseite des Peltierelementes 7 die heißeste Kaltseite dieses Elementes gegenüberliegt. Soll beispielsweise ein Luftstroni von 2000 auf 600 aufgeheizt werden, so streicht dieser mit seiner Anfangstemperatur über das Peltierelement 4 und erfährt beispielsweise eine Erwärmung von 100, so daß dieser das Peltierelement 4 mit einer Temperatur von 3000 verläßt, die gleichzeitig die Eingangstemperatur für das Peltierelement 5 darstellt usw. Bei der Rückführung des Luftstromes trifft dieser beispielsweise not einer Temperatur von 500 auf die Kaltseite des Peltierelementes 7 auf und erfährt eine Abkühlung um 10°, so daß dieser mit einer Temperatur von 400 auf die Kaltseite des im Gegenstrom liegenden Peltierelementes 6 gelangt usw., so daß insgesamt eine Abkühlung auf das gewünschte Maß durchgeführt wird.In the illustrated embodiment, the device according to the invention is used as a heat pump, whereby the arrangement of the Peltier elements 4 - 7 and leadership of the air stream 8, 9 ensures that the hottest hot side of the Peltier element 7 the hottest cold side of this element is opposite. For example, should a Luftstroni are heated from 2000 to 600, so this strokes with its initial temperature via the Peltier element 4 and experiences, for example, a heating of 100, see above that this leaves the Peltier element 4 with a temperature of 3000, which at the same time represents the inlet temperature for the Peltier element 5 and so on of the air flow hits this for example, not a temperature from 500 to the cold side of the Peltier element 7 and experiences a cooling by 10 °, so that this with a temperature of 400 on the cold side of the countercurrent lying Peltier element 6 arrives, etc., so that overall cooling to the desired dimension is carried out.

In gleicher Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Kühlelement verwendet werden. In diesem Falle wird der Luftstrom genau umgekehrt geführt, d.h. dieser wird zunächst über die Kaltseiten der Peltierelemente 4, 5, 6, 7 geleitet und dann ggf. zur Erwärmung über die Heißseiten zurückgeführt.In the same way, the device according to the invention can also be used as a cooling element be used. In this case the air flow is exactly reversed, i. E. this is first passed over the cold sides of the Peltier elements 4, 5, 6, 7 and then possibly returned for heating via the hot sides.

Durch die thermische Hintereinanderordnung der Peltierelemente z - 7 und Rückführung des Luftstromes im Gegenstrom ergibt sich eine erheblich verbesserte Ausnutzung der elektrischen Leistung und damit eine bedeutende Steigerung des Wirkungsgrades.Due to the thermal arrangement of the Peltier elements z - 7 and recirculation of the air flow in countercurrent results in a considerably improved Utilization of electrical power and thus a significant increase in efficiency.

Claims (4)

P A T E N T A N S P R Ü C H E : Vorrichtung zur Erwärmung und/oder Abkühlung bzw. zur Abkühlung und/oder Erwärmung eines Luftstromes od.dgl., unter Verwendung von Peltierelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltierelemente (4 - 7) derart angeordnet sind und der Luftstrom so geleitet ist, daß dieser thermisch nacheinander über die Heißseiten der Peltierelemente geführt und im Gegenstrom über deren Kühlseiten rückgeführt ist bzw. umgekehrt.P A T E N T A N S P R Ü C H E: Device for heating and / or Cooling or for cooling and / or heating an air stream or the like., Under Use of Peltier elements, characterized in that the Peltier elements (4 - 7) are arranged in such a way and the air flow is directed so that it is thermal successively passed over the hot sides of the Peltier elements and in countercurrent over whose cooling sides are returned or vice versa. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d# die Peltierelemente (4 - 7) sich in einem gemeinsamen Gehäuse (1,2) befinden.2. Device according to claim 1, characterized in that d # the Peltier elements (4 - 7) are in a common housing (1,2). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, tlcis das Gehäus,e (1,2) mit Rippen (3) od.dgl. versehen ist,.3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that tlcis the housing, e (1,2) with ribs (3) or the like. is provided. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit Umleitvorrichtungen od.dgl. ausgerüstet ist.4. Device according to claim 1 and / or one or more of the preceding, characterized in that the housing (12) or the like with diversion devices. equipped is. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteter Luft, vorzugsweise für die einem Aufenthalt von Personen dienenden Kabinen od.dgl. zugeführte Luft, unter Verwendung von Sorptions- und Katalysatormassen, wobei die zu reinigende Luft zunächst eine Erwärmung auf 20 - 3000 erfährt, dann die Sorptionsmassen beaufschlagt, anschließend auf 55 - 6000 aufgeheizt wird, woraufhin diese die Katalysatormassen beaufschlagt, im Anschluß daran einer Abkühlung unterworfen wird und die gereinigte Luft der weiteren Verwendung zugeführt wird.Use of the device according to claim 1 and / or one or more the previous one, for cleaning polluted air, preferably for the cabins serving a stay of people or the like. supplied air, using sorption and catalyst masses, the air to be cleaned first experiences a warming to 20 - 3000, then the sorption masses are applied, is then heated to 55-6000, whereupon this the catalyst masses applied, is then subjected to cooling and the cleaned Air is supplied for further use.
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