-
GEGENSTAND
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Peltierwärmepumpe, die im Wesentlichen
neue Merkmale und große
Vorteile gegenüber
den derzeitig als Stand der Technik bekannten Geräten bietet.
-
Die
Erfindung schlägt
im Besonderen die Entwictklung einer Peltierwärmepumpe vor, bei der alle
oder ein Teil der Bauteile aus transparentem oder transluzentem
Material hergestellt sind, und die eine Vielzahl thermoelektrischer
Elemente beinhaltet, die zwischen transparenten oder transluzenten
Platten angeordnet sind, die in das Material eingelassen und entsprechend
einer zur Erreichung des angestrebten Ziels vorher festgelegten
Struktur ausgerichtet sind.
-
Der
Anwendungsbereich der Erfindung steht im Zusammenhang mit dem Gebiet
der Klimaanlagen sowie Wärmeaustausch
und -übertragunq
und beinhaltet ein Wärmepumpen
zwischen zwei Brennpunkten; einem Ursprungsund einem Senkpunkt.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Der
derzeitige Stand der Technik bezüglich des
Gegenstands der vorliegenden Erfindung weist im Allgemeinen eine
wesentliche Weiterentwicklung bei Systemen auf, die mittels eines
flüssigen
Transportmittels Wärme
von einem Ursprungs- an einen Senkpunkt übertragen. Nur sehr geringe
Weiterentwicklungen sind jedoch bei Systemen bemerkbar, die elektrischen
Strom als Mittel zur Wärmeübertragung verwenden
(Peltier-Effekt: siehe z.B. die Anwendung von A. Joffe, herausgegeben
bei Onfosearch, London, 1957 unter dem Titel „Semiconductor Thermoelements
and Thermoelectric Cooling").
-
Kleine
Geräteeinheiten
auf Grundlage des Peltier-Effekts
werden derzeit für
sehr spezifische und begrenzte Anwendungen gebaut. Alle erwähnten Anwendungen
verwenden herkömmliche
Zellen mit Konstruktionsmerkmalen, die einander sehr ähnlich sind:
thermoelektrische Bauteile, durch die ein elektrischer Strom fließt und den
bekannten Peltier-Effekt hervorruft, eingeschlossen in Form eines
Sandwiches zwischen zwei undurchsichtigen Platten aus Keramik oder
einem anderen Material mit guten Wärmeleiteigenschaften (eine
Entwicklung dieser Art wurde von Miguel Sanz-Bosch, Rafael Palacios
und Antonio Arenas in ihrer Abhandlung mit dem Titel „Thermoelectricity
application to cyroconcentration process of fruit juices", Internationale
Konferenz über Thermoelektrik,
Pasadena, 1996, vorgeschlagen).
-
Das
Dokument NL-C-1000729 schlägt
ebenfalls die Verwendung von Thermoelementen in Glaspaneelen vor,
die Erfindung bezieht sich jedoch auf ein isolierendes Fenster,
nicht auf eine Wärmepumpe,
und basiert auf der Verwendung zweier Glasplatten, die eine mit
Luft gefüllte
Kammer bilden. Um eine Isolierung zu garantieren werden nur in einer
der Platten Thermoelemente montiert und diese übertragen die Wärme von
einer Seite zur Kammer, um Isolierverluste zu überwinden.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorgeschlagene Erfindung besteht in der Konstruktion von generischen
Zellen oder Elementen für
spezifische Anwendungen, wobei alle oder ein Teil der Bauteile transparent
oder transluzent sind (Glas, Methacrylat, Polyester, etc.). In der
vorliegenden Erfindung sind die thermoelektrischen Elemente in transparentem
oder transluzentem Material eingebettet (gegossen, eingepasst, befestigt,
etc. in Kristall, Glas, Kunststoff oder Ähnlichem).
-
Die
thermoelektrischen Elemente sind somit wie herkömmlich in einer Weise gruppiert
oder angeordnet, dass, sobald die generischen Zellen oder spezifischen
Elemente an dem gewünschten
Ort installiert sind und nachdem der notwendige elektrische Strom
zugeführt
wurde, die besagten Teile die doppelte Funktion bieten, Sichtbarkeit/Lichtdurchlass zur
Verfügung
zu stellen sowie die Wärme
in die gewünschte
Richtung zu pumpen.
-
Die
vorgeschlagene Erfindung kann aus diesem Grund auch als eine Platte
aus Kristall, Glas, Kunststoff oder einfach als flache/gebogene
Platte angesehen werden, die eine konstante oder variable Dicke
besitzt, entweder transparent oder transluzent, die bei Hinzufügen bestimmter
Elemente, die in einer Art und Weise angeordnet sind, dass, obwohl
diese die Fähigkeit
besitzen, ihre transparente oder transluzente Eigenschaft teilweise
(niemals vollständig) aufzuheben
und nachdem diese mit externer Energie versorgt wurden, der natürliche Prozess
der Wärmeübertragung
vom wärmsten
zum kältesten
Punkt geändert
werden kann, indem besagter natürlicher
Prozess entweder ermöglicht
oder auf eine Art und Weise umgekehrt wird, dass die Wärme geleitet
werden kann, indem eine Wirkung vom niedrigsten Temperaturbrennpunkt
zum höchsten
Temperaturbrennpunkt gepumpt wird (aktives Prinzip).
-
Das
vorgeschlagene System bietet gegenüber den derzeitigen für Klimaanlagen
und andere Anwendungen verwendeten Wärmepumpen zwei Arten von Vorteilen:
- – dem
Peltier-Effekt innewohnende Vorteile, wie die Abwesenheit von beweglichen
Teilen und die Abwesenheit von wärmeleitenden
Flüssigkeiten, sowie
- – in
dem von der Erfindung vorgeschlagenen Anwendungssystem beinhaltete
Vorteile, wie die Verwendung einer Verkleidung im Gebäude selbst zur
Installation des Wärmepumpensystems
mit der daraus resultierenden Raumeinsparung, oder, im Falle von
transparenten oder transluzenten Verkleidungen, die weitere Ermöglichung
einer Reduzierung ihres großen
Einflusses auf die Wärmelasten,
die auf das Klimaanlagesystem egal welchen Typs einwirken. Die Reduzierung
der Helligkeit oder Transparenz von Verkleidungen stellt heutzutage
normalerweise kein Konstruktionsproblem dar, wobei dies ein ausreichend
hoher Faktor ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
-
Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, wobei
auf die beiliegenden Zeichnungen hingewiesen wird, in denen, in
Form eines Beispiels, die besagte bevorzugte Ausführungsform
illustriert wird. Die Zeichnungen:
Die einzige Figur zeigt
einen Teilschnitt in schaubildlicher Darstellung einer der möglichen
Konstruktionsformen, die, wie unten definiert, zwei alternative
Ausführungsformen
bieten.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Wie
im vorherigen Abschnitt erwähnt
wird die bevorzugte Ausführungsform
des Gegenstandes der Erfindung in der einzigen Figur der Zeichnung
dargestellt, wobei diese einem Element entspricht, das entsprechend
dieser Erfindung hergestellt wurde, und in einer Teilansicht gezeigt
wird, um die internen Einzelteile zu zeigen.
-
Wie
gezeigt beinhaltet die Gesamterfindung eine Vielzahl von inneren
Bändern,
die mittels auf die unten beschriebene Weise gebauten Thermoelementen
gebildet werden, wobei eine externe elektrische Verbindung mit diesen
Bändern
durch Endterminale (5, 5') hergestellt wird, die von den
gegenüberliegenden,
die Elemente der Erfindung bildenden Seiten der Baugruppe hervorstehen.
Wenn ein spezifischer Spannungsunterschied zwischen den besagten
Terminalen (5, 5')
angewendet wird, wird ein direkter elektrischer Stromfluss durch
die verschiedenen, in jedem Band enthaltenen Thermoelemente erzeugt.
-
Jedes
einzelne, in dem Element der Erfindung enthaltene Band besteht aus
Thermoelementen (3, 4), die abwechselnd zwei zu
zwei über
Zwischenstücke
(2) befestigt sind, so dass der elektrische Strom einmal,
aber nur einmal, durch alle besagten Thermoelemente fließt. Immer
wenn ein Thermoelement (3) mit einem anderen Thermoelement (4)
in Richtung des elektrischen Stroms verbunden wird, werden die Verbindungen
mit den Zwischenstücken
(2) auf derselben Seite der Platte durchgeführt. Wenn
die Verbindung jedoch ein Element (4) mit einem anderen
Element (3) in Richtung des Stroms beinhaltet, werden die
Verbindungen mit den Zwischenstücken
(2) auf der gegenüberliegenden
Seite der Platte durchgeführt.
Der Stromfluss erzeugt somit eine Wärmeübertragung (-pumpen) von einer
Seite der Platte auf die andere in jedem der Thermoelektrischen
Paare (3, 4), abhängig von der jeweiligen Richtung
des Stroms.
-
Die
Materialen des mit (3) gekennzeichneten Thermoelements
sind alle dieselben, obwohl sich deren Eigenschaften von denen der
mit dem Bezugszeichen (4) gekennzeichneten Materialen unterscheiden,
die wiederum alle gegenseitig ähnlich
sind.
-
Die
Teile bestehen normalerweise aus Kupfer oder einem anderen geeignetem
Material mit guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit.
-
Es
ist davon auszugehen, dass alle in dem auf der einzigen Figur der
Zeichnung aufgeführten Element
der Erfindung enthaltenen Bänder
sich auf die oben beschriebene Art und Weise verhalten, und dass
alle leicht elektrisch in Serie oder parallel verbunden werden können, jedoch
auf eine Weise, dass die Wärme
in dieselbe Richtung übertragen
wird.
-
Die
mit dem Bezugszeichen (1) gekennzeichneten unteren und
oberen Platten tragen alle in dem Gerät enthaltenen Thermoelement-Bänder, sind von
der äußeren Umgebung
elektrisch isoliert und geben einer aus transparenten oder transluzenten Materialien
gebauten Baugruppe strukturelle Substanz, wie oben beschrieben.
-
Wie
in der Figur der Zeichnung dargestellt beinhaltet das Beispiel der
Ausführungsform
eine Vielzahl an Thermoelement- (3, 4) Bändern, die
dadurch gebildet werden, indem ein Thermoelement (3) mit
einem anderen Thermoelement (4) (und umgekehrt) alternativ
mittels eines Zwischenstücks
(2) durch den unteren oder oberen Teil verbunden wird, wobei
dieses eine angemessene Ausgestaltung aufweist und aus einem Material
mit guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit besteht. Eine Konstruktion
dieser Art ermöglicht
dem elektrischen Strom, von einem Element zum nächsten auf eine Art und Weise
zu fließen,
dass die Anordnung der thermoelektrischen Materialien in Richtung
des Stroms für alle
Bänder
auf derselben Seite der Platte dieselbe ist.
-
Die
Verbindung zwischen den Thermoelementen (3, 4)
und den Zwischenstücken
(2) kann durch Schweißen
erfolgen. Die Verbindung zwischen den verschiedenen Bändern kann
ebenfalls intern durch Schweißen
oder extern mittels Kabeln erfolgen.
-
Die
Lücke zwischen
den Bändern
kann auf Grundlage der funktionellen, für die Baugruppe gewünschten
Merkmale und aufgrund der für
die Platte gewünschten
Transparenz festgelegt werden, wobei die Thermoelemente der Bänder normalerweise
undurchsichtig sind.
-
Wie
oben spezifisch aufgeführt
ist die bevorzugte Konstruktion der Erfindung folgende:
Die
Bänder
sind in das transparente oder transluzente Material in jeder Platte
(1) oder in der Grundplatte eingebettet (eingelassen).
Die Bänder
können
vor dem Festwerden des Plattenmaterials in die Platte eingefügt werden,
falls die Platte gegossen oder geformt wird.
-
Es
ist nicht notwendig, dass der Inhalt der vorliegenden Beschreibung
ausführlicher
ist, damit ein Fachmann den Umfang der Erfindung und die daraus
resultierenden Vorteile versteht, und um eine praktische Ausführungsform
des Gegenstandes der Erfindung durchzuführen.
-
In
Anbetracht der Tatsache jedoch, dass die Beschreibung nur einem
Beispiel der Ausführungsform
entspricht, ist davon auszugehen, dass vielzählige Variationen im Detail
in die wesentlichen Punkte der Erfindung eingeführt werden können, vor
allem bezüglich
der Ausgestaltung, Größe und/oder
Konstruktionsmaterialen, die für
die Baugruppe oder Teile derselben verwendet wurden, ohne dass von
dem Umfang der Erfindung abgewichen wird und begrenzt nur durch
den Inhalt des folgenden Patentanspruches.