EP1966426A1 - Hausgerät mit thermoelektrischer wärmepumpe - Google Patents

Hausgerät mit thermoelektrischer wärmepumpe

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Publication number
EP1966426A1
EP1966426A1 EP06819825A EP06819825A EP1966426A1 EP 1966426 A1 EP1966426 A1 EP 1966426A1 EP 06819825 A EP06819825 A EP 06819825A EP 06819825 A EP06819825 A EP 06819825A EP 1966426 A1 EP1966426 A1 EP 1966426A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
peltier elements
domestic appliance
flow path
power
Prior art date
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Granted
Application number
EP06819825A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1966426B1 (de
Inventor
Hasan Gökcer ALBAYRAK
Klaus Grunert
Günter Steffens
Andreas Stolze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1966426A1 publication Critical patent/EP1966426A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1966426B1 publication Critical patent/EP1966426B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/206—Heat pump arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/16—Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect

Definitions

  • the invention relates to a domestic appliance with a thermoelectric heat pump, which comprises at least one operable with a constant terminal voltage series arrangement of Peltier elements whose resistance increases with increasing temperature, and in which a limit temperature for the Peltier elements is predetermined.
  • Peltier element in structure and function which has the structure described above ,
  • the half elements of this Peltier element are formed in columns or cuboid and consist of doped semiconductors as materials.
  • the semiconductors are, in particular, bismuth telluride, and a p-type doped semiconductor and an n-type doped semiconductor are used.
  • a half element of the p-type doped semiconductor and a half element of the n-type doped semiconductor are each connected to one side via a printed circuit board, also referred to as a metal bridge, and at another side, which is opposite to said one side , Connected via a respective further circuit board with another half-element or a connection contact for connection of the Peltier element to an electrical network.
  • a printed circuit board also referred to as a metal bridge
  • DE 1 410 206 A discloses a domestic appliance in the form of a washing machine, in which laundry can not only be washed, but also dried.
  • the document shows several alternatives;
  • the heat pump may be a heat pump that uses Peltier elements to utilize the thermoelectric effect; In this case, the heat pump is referred to as a "thermoelectric heat pump".
  • a domestic appliance for drying laundry which emerges from an English summary extract belonging to the patent abstract "Patent Abstracts of Japan" for JP 08 057 194 A, contains, in addition to a heater and a radiator, both of which belong to a thermoelectric heat pump, a radiator upstream of a duct system additional heat exchanger for cooling the discharged air stream from the laundry and an additional heating device downstream of the heater for further heating of the air flow before the loading of the laundry.
  • a domestic appliance in the form of a tumble dryer with a thermoelectric heat pump is known from DE 69 26 182 U.
  • the resistance increases with increasing temperature in all Peltier elements.
  • a temperature limit is specified by using a solder that can melt.
  • a threshold temperature for Peltier elements is 150 ° C.
  • the problem is such a structure when it comes to a disturbance in the operation of the domestic appliance, for example, a failure of a fan blower, excessive drying of the laundry or excessive loading of the airways with lint. If unsuitable safety measures are taken in such a case, the heat pump may be destroyed by overheating. Such overheating can damage a solder joint in a Peltier element and impair its electrical contact; It is also possible for a metal to diffuse out of an overheated solder joint into a semiconductor material of the Peltier element and to adversely affect its function.
  • the Peltier elements of the thermoelectric heat pump are heated above their normal operating temperature, which is generally between 60 ° C and 100 ° C. It may easily be possible that their limit temperature is exceeded, which can lead to the failure of the modules and beyond a certain risk of fire.
  • heat can be dissipated from each Peltier element via a heat flow path.
  • This is a separate heat flow path, which is different from the usual heat dissipation in the heating of the air at the hot side of the thermoelectric heat pump.
  • the heat flow path is designed so that as the temperature rises, before reaching the threshold temperature, the power of the heat dissipated becomes equal to the electrical power that draws the Peltier elements from the constant supply voltage.
  • the invention is based on the recognition that the Peltier elements just do not need to be protected by thermal insulation, but that on the contrary a heat flow path must be provided, which dissipates heat from them.
  • This Heat flow with the power Pt h e rm is different from the heat flow at the warm side of the heat pump. It transports the heat that flows through structural components of the heat pump and adjacent components of the tumble dryer. This heat flow is made available in the present case in order to achieve complete operational reliability of the heat pump. According to the invention, this maximum temperature is less than the limit temperature which the Peltier elements are allowed to reach a maximum.
  • thermoelectric heat pump is intrinsically safe, ie there are no additional safety measures required to prevent exceeding the limit temperature.
  • the connected load and the resistance of the Peltier elements on the one hand are in a balanced relationship to the power Ptherm power dissipated via the additional heat flow path.
  • the electrical power drawn decreases with increasing temperature.
  • the heat output to be dissipated in an emergency is less than the electrical power consumed during regular operation.
  • the invention gives a clear prescription on how, on the one hand, the heat flow path is to be dimensioned and, on the other hand, how the electric power of the Peltier elements is to be faced.
  • the electrical power of the Peltier elements to be drawn can also be changed in order to satisfy the conditions according to the invention. For example, the number of Peltier elements can be increased in order to increase the resistance of the Peltier elements and thus to lower the drawn power in order to fulfill the inventive condition for a given heat flow path.
  • the electrical power of the heat pump is in regular operation preferably between 800 W and 1500 W, in particular at 1000 W, at an operating temperature of
  • Heat pump between 60 ° C and 100 ° C, especially at 90 ° C.
  • the resistance increases in an emergency by the slope of the temperature, so that the electric power at a no longer passable temperature, which is preferably between 120 ° C and 150 ° C, in particular at 120 ° C, is only about half.
  • the power of the dissipated heat at the temperature at which it becomes equal to the drawn electric power is 450 W to 700 W, preferably 600 W.
  • the domestic appliance has at least one additional heat cover in addition to the heat flow path, wherein furthermore preferably the heat flow path and this at least one additional heat cover are designed for discharging
  • the tumble dryer 1 comprises a laundry drum 10, from which air can be discharged via an air outlet opening 12, and into which air can be introduced via an air inlet opening 14. From the air outlet opening 12, the air enters the tube 16, wherein it is sucked by means of a blower 18. The air is guided in the tube 16 and via the tube 22 to an array of Peltier elements 20.
  • the Peltier elements 20 (shown here as square blocks) are arranged in a row. A terminal voltage, which supplies the electrical power P e i, is due to the Peltier elements at the 20th Of the Peltier elements 20, the air passes through the tube 24 via the blower 18 through the air inlet opening 14 into the drum 10 back.
  • the sucked into the pipe 16 air is loaded by located in the laundry drum 10 laundry (not shown) with moisture.
  • This moisture condenses on a cold side 26 of the Peltier elements 20, which cold side 26 is formed from a thermally coupled to the Peltier elements 20 and in particular ribbed heat exchanger 26.
  • the condensed moisture is collected over a known and presently not shown for clarity device and removed from the circulation of the air.
  • From the cold side 26, the air passes to a hot side 28 of the Peltier elements 20, which hot side 28 is also formed from a thermally coupled to the Peltier elements 20 and in particular ribbed heat exchanger 28. There, the air is reheated and thus finally returns via the air inlet opening 14 in the laundry drum 10.
  • the Peltier elements 20 form, with the cold side 26 and the hot side 28, a heat pump 20, 26, 28 in the tumble dryer 1.
  • a voltage source 30 provides the electrical voltage for operating the Peltier elements 20 to which it is connected via leads 32.
  • the system of the tubes 16, 22 and 24 may be prone to failure, in particular fluff from the laundry on the inside of the tube can adhere firmly and clog a pipe at least partially. Therefore, in a real laundry dryer 1 is always a sieve for
  • a disturbance can also be caused by a faulty, possibly completely precipitating fan 18 or excessive loading of the heat exchanger 26 and 28.
  • the laundry drum 10 does not contain any laundry, or that the laundry has already dried very quickly. In all these cases, the air entering the pipe 16 is not affected by moisture, so that there is no condensation on the cold side 26. The air continues to heat up, which eventually increases the temperature of the Peltier elements 20.
  • a heat flow path 34 leads away a heat flow with a power P therm to be subsequently specified from the individual Peltier elements 20.
  • Heat flow with the power Pt h e rm is different from the heat flow on the hot side 28. It transports the heat that comes through structural components of the
  • Heat pump 20, 26, 28 and adjacent components of the clothes dryer 1 drains. This heat flow is made available here to a complete
  • the resistance of the Peltier elements 20 increases.
  • the electrical power P e ⁇ absorbed by them decreases.
  • the power of the dissipated heat P th e rm increases due to the increasing temperature difference between the components of the heat pump 20, 26, 28 and the vicinity of the clothes dryer 1 into which the dissipated heat ultimately flows. Assuming that the temperature of the Peltier elements 20 still remains deep enough to maintain their structural and functional integrity, it comes at a certain temperature, the maximum temperature, the tie between Ptherm and P e ⁇ .
  • this maximum temperature is less than the limit temperature, which may reach the Peltier elements 20 maximum. If P therm equals P e ⁇ , supply and removal of heat in the totality of the Peltier elements 20 balance out, and the maximum temperature at which the two powers P e ⁇ and Pt h e rm are in equilibrium can no longer be crossed, be exceeded, be passed.
  • the thermoelectric heat pump 20, 26, 28 intrinsically safe ie there are no additional security measures required to prevent exceeding the limit temperature.
  • the connected load and the resistance of the Peltier elements 20 on the one hand (wherein the resistance may be determined by the number of Peltier elements 20) are in a balanced relationship to the power Ptherm power dissipated via the additional heat flow path 34.
  • the tumble dryer 1 can operate in a stationary operation, wherein the Peltier elements 20 assume their intended and interpretation according to operating temperature between 60 ° C and 100 ° C, in particular at about 90 ° C, the supply of heat to the tumble dryer 1 can be compensated by the removal of heat from the tumble dryer 1. Accordingly, a removal of all heat is provided, which arises in the Peltier elements 20 in regular operation.
  • the heat flow path 34 does not do this alone, but there are more heat leaks available. These heat leaks include - not least because of the inevitable losses occurring - the tubes 16, 22 and 24 and the drum 10.
  • the heat flow path 34 and the additional heat leaks are designed to dissipate heat at a power that is at least equal to the power that the Peltier elements 20 pull at the operating temperature. It is possible to measure the electrical resistance of the arrangement of Peltier elements 20, which here acts as a self-controlled variable, in order to obtain information about the presence of abnormal states. It would be necessary for this purpose to install a (not shown) resistance meter in the Peltier elements 20 dining circuit. Accordingly, the clothes dryer 1 can be turned off early, before the abnormal condition has an adverse effect.

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Abstract

Bei einem Hausgerät (1), insbesondere einem Wäschetrockner (1), mit einer thermoelektrischen Wärmepumpe (20, 26, 28) sollen Peltier-Elemente (20) in der thermoelektrischen Wärmepumpe (20, 26, 28) eine vorgegebene Grenztemperatur keinesfalls überschreiten. Um dies zu erreichen, wird einerseits ausgenutzt, dass der Widerstand der Peltier-Elemente (20) mit steigender Temperatur zunimmt, so dass die von einer konstanten Anschlussspannung gezogene elektrische Leistung abnimmt. Es ist ein gesonderter Wärmestrompfad (34) bereitgestellt, welcher Wärme von den einzelnen Peltier-Elementen (20) ableitbar macht. Der Wärmestrompfad ist so ausgelegt, dass bei steigender Temperatur vor Erreichen der Grenztemperatur die Leistung Ptherm der abgeleiteten Wärme der elektrischen Leistung Pel gleich wird, welche die Peltier-Elemente (20) von der konstanten Anschlussspannung ziehen.

Description

Hausgerät mit thermoelektrischer Wärmepumpe
Die Erfindung betrifft ein Hausgerät mit einer thermoelektrischen Wärmepumpe, welche zumindest eine mit einer konstanten Anschlussspannung betreibbare Reihenanordnung von Peltier-Elementen umfasst, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt, und bei der eine Grenztemperatur für die Peltier-Elemente vorgegeben ist.
Aus einem Dokument, welches am 25. November 2005 von der Internet-Adresse http://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element herunterladbar war, ist ein Peltier-Element in Aufbau und Funktion bekannt, welches den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist. Die Halbelemente dieses Peltier-Elements sind säulen- oder quaderförmig ausgebildet und bestehen aus dotierten Halbleitern als Werkstoffe. Die Halbleiter sind insbesondere Wismut-Tellurid, und es kommen ein p- leitend dotierter und ein n-leitend dotierter Halbleiter zum Einsatz. Jeweils ein Halbelement aus dem p-leitend dotierten Halbleiter und ein Halbelement aus dem n- leitend dotierten Halbleiter sind jeweils an einer Seite über ein Leiterplättchen, auch als Metallbrücke bezeichnet, miteinander verbunden, und an einer anderen Seite, welche der genannten einen Seite gegenüber liegt, über jeweils ein weiteres Leiterplättchen mit einem weiteren Halbelement oder einem Anschlusskontakt zum Anschluss des Peltier- Elements an ein elektrisches Netzwerk verbunden.
Weitere Hinweise zu Grundlagen, anwendungsbezogener Auswahl und Montage von Peltier-Elementen ergeben sich aus Dokumenten, die am 25. November 2005 von den Internet-Adressen http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Erlaeuterung-zu-Peltierelementen.pdf und http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Einbau.pdf herunterladbar waren.
Aus der DE 1 410 206 A geht ein Hausgerät in Form einer Waschmaschine hervor, in welcher Waschgut nicht nur gewaschen, sondern auch getrocknet werden kann. Für die dazu erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen zeigt die Schrift mehrere Alternativen; insbesondere können eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines zur Trocknung von Waschgut eingesetzten Luftstroms und ein einfacher Wärmetauscher zum Abkühlen des erwärmten Luftstroms nach dem Beaufschlagen des Waschguts vorgesehen sein, der Heizer und der Kühler können aber auch zu einer Wärmepumpe gehören. Die Wärmepumpe kann eine Wärmepumpe sein, welche mit Peltier-Elementen zur Nutzung des thermoelektrischen Effekts arbeitet; in diesem Fall wird die Wärmepumpe als „thermoelektrische Wärmepumpe" bezeichnet.
Ein aus einem in der Datensammlung „Patent Abstracts of Japan" zur JP 08 057 194 A gehörigen englischen Kurzauszug hervorgehendes Hausgerät zum Trocknen von Waschgut enthält in einem Kanalsystem neben einem Heizer und einem Kühler, welche beide zu einer thermoelektrischen Wärmepumpe gehören, einen dem Kühler vorgeschalteten zusätzlichen Wärmetauscher zur Abkühlung des von dem Waschgut abgeführten Luftstroms und eine dem Heizer nachgeschaltete zusätzliche Heizeinrichtung zum weiteren Erwärmen des Luftstroms vor dem Beaufschlagen des Waschguts.
Ein Hausgerät in Form eines Wäschetrockner mit einer thermoelektrischen Wärmepumpe ist aus der DE 69 26 182 U bekannt. Üblicherweise nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur bei sämtlichen Peltier-Elementen zu. Bei Peltier-Elementen ist eine Grenztemperatur dadurch vorgegeben, dass ein Lot verwendet wird, welches aufschmelzen kann. Üblicherweise liegt eine Grenztemperatur für Peltier-Elemente bei 150° C.
Problematisch ist ein solcher Aufbau, wenn es zu einer Störung im Betrieb des Hausgeräts kommt, zum Beispiel einem Ausfall eines Lüftergebläses, einer übermäßigen Trocknung des Wäscheguts oder einer übermäßigen Beladung der Luftwege mit Flusen. Wenn für einen solchen Fall nicht geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen sind, kann es zu einer Zerstörung der Wärmepumpe durch Überhitzung kommen. Bei einer solchen Überhitzung kann eine Lötstelle in einem Peltier-Element beschädigt und damit seine elektrische Kontaktierung beeinträchtigt werden; es ist auch möglich, dass aus einer überhitzten Lötstelle ein Metall in ein Halbleitermaterial des Peltier-Elements eindiffundiert und dessen Funktion nachhaltig beeinträchtigt.
In einem Wäschetrockner oder in einer entsprechend aufgerüsteten Waschmaschine wird üblicherweise Wäsche in einer Wäschetrommel getrocknet, der heiße Luft zugeführt wird. Die heiße Luft sättigt sich mit verdampfendem Wasser, und die somit befeuchtete Luft wird der thermoelektrischen Wärmepumpe zugeführt. An einer Kaltseite dieser Wärmepumpe kondensiert Wasser aus der befeuchteten Luft aus und wird aus dieser abgeschieden. Die Luft wird einer Warmseite dieser Wärmepumpe zugeführt, wo sie wieder aufgeheizt wird, um erneut der Wäschetrommel zugeführt zu werden. Dieser Betrieb kann gestört sein. Beispielsweise kann es durch Verstopfung in den Luftwegen, wie etwa durch Wäscheteile oder Flusenansammlungen, dazu kommen, dass nicht mehr ausreichend viel Luft an der thermoelektrischen Wärmepumpe vorbeigeführt wird. Es kann auch der abnorme Betriebszustand auftreten, dass der Wäschetrockner an sich anhalten müsste, weil die Wäsche getrocknet ist oder die Wäschetrommel leer ist, und dass der Wäschetrockner dennoch weiterläuft.
In jedem solchen Fall kommt es zu einer Erhitzung der Peltier-Elemente der thermoelektrischen Wärmepumpe über ihre gewöhnliche Betriebstemperatur, welche in der Regel zwischen 60°C und 100°C liegt. Es kann hierbei leicht möglich sein, dass deren Grenztemperatur überschritten wird, wodurch es zum Ausfall der Module kommen und darüber hinaus eine gewisse Brandgefahr entstehen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hausgerät der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass er auch bei einem abnormen Betriebszustand intakt und sicher bleibt. Diese Aufgabe wird durch einen artgemäßes Hausgerät mit den Merkmalen gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist also über einen Wärmestrompfad Wärme von jedem Peltier-Element ableitbar. Dabei handelt es sich um einen gesonderten Wärmestrompfad, der von der üblichen Wärmeableitung bei der Aufheizung der Luft an der Warmseite der thermoelektrischen Wärmepumpe verschieden ist. Der Wärmestrompfad ist so ausgelegt, dass bei steigender Temperatur vor Erreichen der Grenztemperatur die Leistung der abgeleiteten Wärme der elektrischen Leistung gleich wird, welche die Peltier-Elemente von der konstanten Anschlussspannung ziehen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Peltier-Elemente gerade nicht durch eine Wärmeisolierung geschützt werden müssen, sondern dass im Gegenteil ein Wärmestrompfad vorgesehen sein muss, welcher Wärme von ihnen ableitet. Dieser Wärmestrom mit der Leistung Ptherm ist von dem Wärmestrom an der Warmseite der Wärmepumpe verschieden. Er transportiert diejenige Wärme, die über Strukturbauteile der Wärmepumpe und angrenzender Komponenten des Wäschetrockners abfließt. Dieser Wärmestrom wird vorliegend nutzbar gemacht, um eine vollständige Betriebssicherheit der Wärmepumpe zu erreichen. Erfindungsgemäß diese Maximaltemperatur ist kleiner ist als die Grenztemperatur, die die Peltier-Elemente maximal erreichen dürfen. Wird Ptherm gleich Peι, so gleichen sich Zufuhr und Abfuhr von Wärme bei der Gesamtheit der Peltier- Elemente aus, und die Maximaltemperatur, bei der die beiden Leistungen Peι und Ptherm im Gleichgewicht sind, kann nicht mehr überschritten werden. Durch die Bereitstellung des zusätzlichen Wärmestrompfads wird die thermoelektrische Wärmepumpe eigensicher, d. h. es sind keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, um das Überschreiten der Grenztemperatur zu verhindern. Die Anschlussleistung und der Widerstand der Peltier-Elemente einerseits (wobei der Widerstand durch die Anzahl der Peltier-Elemente bestimmt sein kann) stehen in einem ausgewogenen Verhältnis zur über den zusätzlichen Wärmestrompfad abführbaren Leistung Ptherm-
Durch den glücklichen Umstand, dass der Widerstand eines Peltier-Elements mit steigender Temperatur zunimmt, sinkt mit steigender Temperatur die gezogene elektrische Leistung. Dadurch ist die im Notfall abzuleitende Wärmeleistung geringer als die beim regulären Betrieb aufgenommene elektrische Leistung. Die Erfindung gibt eine klare Vorschrift, wie einerseits der Wärmestrompfad zu bemessen ist und wie andererseits dem die elektrische Leistung der Peltier-Elemente gegenüberzustehen hat. Selbstverständlich kann bei feststehendem Wärmestrompfad auch die zu ziehende elektrische Leistung der Peltier-Elemente geändert werden, um den Bedingungen gemäß der Erfindung Genüge zu tun. Beispielsweise kann die Anzahl der Peltier-Elemente erhöht werden, um den Widerstand der Peltier-Elemente zu erhöhen und so die gezogene Leistung abzusenken, um bei vorgegebenem Wärmestrompfad die erfindungsgemäße Bedingung zu erfüllen.
Die elektrische Leistung der Wärmepumpe liegt im regulären Betrieb bevorzugt zwischen 800 W und 1500 W, insbesondere bei 1000 W, bei einer Betriebstemperatur der
Wärmepumpe zwischen 60 °C und 100 °C, insbesondere bei 90 °C. Der Widerstand steigt im Notfall durch die Steigung der Temperatur stark an, so dass die elektrische Leistung bei einer nicht mehr überschreitbaren Temperatur, welche vorzugsweise zwischen 120°C und 150°C, insbesondere bei 120 °C, liegt, nur noch etwa die Hälfte beträgt.
Bevorzugt beträgt die Leistung der abgeleiteten Wärme bei der Temperatur, bei der sie der gezogenen elektrischen Leistung gleich wird, 450 W bis 700 W, bevorzugt 600 W.
Wird angesetzt, dass die über den Wärmestrompfad zu führende Wärme in eine Umgebung mit einer Temperatur um 20 °C gelangt und die über den Wärmestrompfad abführbare Wärme proportional zu der über dem Wärmestrompfad anliegenden Temperaturdifferenz ist, so erschließt sich aus den obigen Ausführungen, dass der Wärmestrompfad im regulären Betrieb des Hausgeräts lediglich wenige 100 W, insbesondere etwa ein Viertel der von der Wärmepumpe regulär aufgenommenen elektrischen Leistung, an Wärme abführt.
Vorzugsweise weist das Hausgerät neben dem Wärmestrompfad zumindest eine zusätzliche Wärmeleckage auf, wobei weiterhin vorzugsweise der Wärmestrompfad und diese zumindest eine zusätzliche Wärmeleckage ausgelegt sind zur Abführung von
Wärme mit einer Leistung, die zumindest gleich ist der Leistung, welche die Peltier-
Elemente bei der Betriebstemperatur ziehen. Damit ist eine Voraussetzung für einen stationären Betrieb geschaffen, denn für einen solche stationären Betrieb ist es erforderlich, dass die gesamte von der Wärmepumpe aufgenommene Leistung (ebenso wie eventuell zusätzlich in den Kreislauf der Luft im Wärmetauscher eingebrachte
Leistung) abgeführt wird. In eine entsprechende Wärmeabführungsbilanz geht die über den Wärmestrompfad abgeführte Wärme dabei nur als relativ geringer, und durch entsprechende Auslegung weiterer erforderlicher Wärmeleckagen leicht berücksichtigbarer Beitrag ein.
Der genannte Zahlenwert der Leistung der abzuleitenden Wärme macht deutlich, dass zur Bildung des Wärmestrompfades gegebenenfalls umfangreiche Kühlmechanismen eingreifen müssen, dass zum Beispiel Kühlrippen vorgesehen werden müssen, etc.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die Figur schematisch ein Hausgerät in Form eines Wäschetrockners darstellt. Der Wäschetrockner 1 umfasst eine Wäschetrommel 10, aus der über eine Luftausgangsöffnung 12 Luft abgeleitet werden kann, und in die über eine Lufteingangsöffnung 14 Luft hineingeleitet werden kann. Aus der Luftausgangsöffnung 12 gelangt die Luft in das Rohr 16, wobei sie vermittels eines Gebläses 18 angesaugt wird. Die Luft wird in dem Rohr 16 und über das Rohr 22 zu einer Anordnung aus Peltier- Elementen 20 geführt. Die Peltier-Elemente 20 (hier als quadratische Blöcke dargestellt) sind in einer Reihe angeordnet. Eine Anschlussspannung, welche die elektrische Leistung Pei zuführt, liegt an den Peltier-Elementen 20 an. Von den Peltier-Elementen 20 gelangt die Luft durch das Rohr 24 über das Gebläse 18 durch die Lufteingangsöffnung 14 in die Trommel 10 zurück.
Die in das Rohr 16 gesaugte Luft ist durch in der Wäschetrommel 10 befindliche Wäsche (nicht dargestellt) mit Feuchtigkeit aufgeladen. Diese Feuchtigkeit kondensiert an einer Kaltseite 26 der Peltier-Elemente 20, welche Kaltseite 26 gebildet ist aus einem mit den Peltier-Elementen 20 thermisch gekoppelten und insbesondere verrippten Wärmeübertrager 26. Die auskondensierte Feuchtigkeit wird über eine bekannte und vorliegend der Übersicht halber nicht dargestellte Einrichtung gesammelt und aus dem Kreislauf der Luft entfernt. Von der Kaltseite 26 gelangt die Luft zu einer Warmseite 28 der Peltier-Elemente 20, welche Warmseite 28 ebenfalls aus einem mit den Peltier-Elementen 20 thermisch gekoppelten und insbesondere verrippten Wärmeübertrager 28 gebildet ist. Dort wird die Luft wieder aufgeheizt und gelangt so letztendlich über die Lufteingangsöffnung 14 in die Wäschetrommel 10 zurück. Die Peltier-Elemente 20 bilden mit der Kaltseite 26 und der Warmseite 28 eine Wärmepumpe 20, 26, 28 im Wäschetrockner 1.
Eine Spannungsquelle 30 stellt die elektrische Spannung zum Betrieb der Peltier- Elemente 20, mit welchen sie über Anschlussleitungen 32 verbunden ist, zur Verfügung.
Das System aus den Rohren 16, 22 und 24 kann störanfällig sein, insbesondere können Flusen von der Wäsche an der Rohrinnenseite fest haften bleiben und ein Rohr zumindest teilweise verstopfen. Deshalb ist in einem realen Wäschetrockner 1 immer ein Sieb zum
Auffangen solcher Flusen (hier nicht dargestellt) vorgesehen. Eine Störung kann auch durch ein fehlerhaftes, eventuell vollständig ausfallendes Gebläse 18 oder eine übermäßige Beladung der Wärmeübertrager 26 und 28 hervorgerufen werden.
Es kann auch möglich sein, dass die Wäschetrommel 10 gar keine Wäsche enthält, oder dass die Wäsche bereits sehr schnell getrocknet ist. In all diesen Fällen ist die in das Rohr 16 gelangende Luft nicht mit Feuchtigkeit behaftet, so dass es zu keiner Auskondensierung an der Kaltseite 26 kommt. Die Luft erwärmt sich immer weiter, wodurch schließlich auch die Temperatur der Peltier-Elemente 20 ansteigt.
Um zu verhindern, dass die Peltier-Elemente 20 sich immer weiter aufheizen, ist vorgesehen, dass ein Wärmestrompfad 34 einen Wärmestrom mit einer nachfolgend zu präzisierenden Leistung Ptherm von den einzelnen Peltier-Elementen 20 wegführt. Dieser
Wärmestrom mit der Leistung Ptherm ist von dem Wärmestrom an der Warmseite 28 verschieden. Er transportiert diejenige Wärme, die über Strukturbauteile der
Wärmepumpe 20, 26, 28 und angrenzender Komponenten des Wäschetrockners 1 abfließt. Dieser Wärmestrom wird vorliegend nutzbar gemacht, um eine vollständige
Betriebssicherheit der Wärmepumpe 20, 26, 28 zu erreichen.
Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand der Peltier-Elemente 20. Dadurch sinkt die von ihnen aufgenommene elektrische Leistung Peι. Die Leistung der abgeleiteten Wärme Ptherm hingegen steigt aufgrund der steigenden Temperaturdifferenz zwischen den Komponenten der Wärmepumpe 20, 26, 28 und der Umgebung des Wäschetrockners 1 , in die die abgeleitete Wärme letztlich hinein fließt. Unterstellt, dass die Temperatur der Peltier-Elemente 20 immerhin tief genug bleibt, um ihre strukturelle und funktionelle Integrität zu wahren, kommt es bei einer bestimmten Temperatur, der Maximaltemperatur, zum Gleichstand zwischen Ptherm und Peι.
Es ist vorgesehen, dass diese Maximaltemperatur kleiner ist als die Grenztemperatur, die die Peltier-Elemente 20 maximal erreichen dürfen. Wird Ptherm gleich Peι, so gleichen sich Zufuhr und Abfuhr von Wärme bei der Gesamtheit der Peltier-Elemente 20 aus, und die Maximaltemperatur, bei der die beiden Leistungen Peι und Ptherm im Gleichgewicht sind, kann nicht mehr überschritten werden. Durch die Bereitstellung des zusätzlichen Wärmestrompfads 34 wird die thermoelektrische Wärmepumpe 20, 26, 28 eigensicher, d. h. es sind keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, um das Überschreiten der Grenztemperatur zu verhindern. Die Anschlussleistung und der Widerstand der Peltier-Elemente 20 einerseits (wobei der Widerstand durch die Anzahl der Peltier-Elemente 20 bestimmt sein kann) stehen in einem ausgewogenen Verhältnis zur über den zusätzlichen Wärmestrompfad 34 abführbaren Leistung Ptherm-
Während eine typische Betriebsleistung 1000W beträgt, um so für eine ausreichende Kondensation von Wasser auf der Kaltseite 26 und eine Erwärmung der Luft auf der Warmseite 28 der thermoelektrischen Wärmepumpe zu sorgen, steigt der Widerstand der Peltier-Elemente 20 mit der Temperatur so stark an, dass es genügt, wenn Ptherm bei der Grenztemperatur der Peltier-Elemente 20 um 600W beträgt: Die elektrische Leistung Peι sinkt mit steigender Temperatur entsprechend stark auf diesen Wert ab, um so die Bedingung Peι = Ptherm zu erfüllen, und dies bevor die Grenztemperatur erreicht wird. Übliche Grenztemperaturen von Peltier-Elementen liegen bei 150° C. Es ist möglich, die Bedingung Peι = Ptherm bereits bei 120° C bis 140° C zu erfüllen.
Damit der Wäschetrockner 1 in einem stationären Betrieb arbeiten kann, wobei die Peltier-Elemente 20 ihre bestimmungs- und auslegungsgemäße Betriebstemperatur zwischen 60°C und 100 °C, insbesondere bei etwa 90°C, annehmen, ist die Zufuhr von Wärme zum Wäschetrockner 1 ausgleichbar durch die Abfuhr von Wärme aus dem Wäschetrockner 1. Dementsprechend ist für eine Abfuhr aller Wärme gesorgt, welche in den Peltier-Elementen 20 im regulären Betrieb entsteht. Der Wärmestrompfad 34 leistet dies nicht allein, sondern es sind dazu weitere Wärmeleckagen vorhanden. Zu diesen Wärmeleckagen zählen - nicht zuletzt aufgrund der unvermeidlich auftretenden Verluste - die Rohre 16, 22 und 24 und die Trommel 10. Es kann erforderlich sein, zusätzliche, gegebenenfalls steuerbare Wärmeleckagen vorzusehen - beispielsweise kann ein Teil der in dem Wäschetrockner 1 zirkulierenden, heißen Luft aus diesem entlassen und durch kühlere Luft aus der Umgebung des Wäschetrockners 1 ersetzt werden. In jedem Fall sind der Wärmestrompfad 34 und die zusätzlichen Wärmeleckagen ausgelegt für eine Abführung von Wärme mit einer Leistung, die zumindest gleich ist der Leistung, welche die Peltier-Elemente 20 bei der Betriebstemperatur ziehen. Es ist möglich, den elektrischen Widerstand der Anordnung der Peltier-Elemente 20, der hier als Selbstregelgröße fungiert, zu messen, um Auskunft über das Vorliegen von abnormen Zuständen zu erhalten. Es wäre hierzu notwendig, ein (nicht gezeigtes) Widerstandsmessgerät in den die Peltier-Elemente 20 speisenden Schaltkreis einzubauen. Entsprechend kann der Wäschetrockner 1 bereits frühzeitig abgestellt werden, bevor sich der abnorme Zustand ungünstig auswirkt.

Claims

Patentansprüche
1. Hausgerät (1 ) mit einer thermoelektrischen Wärmepumpe (20, 26, 28), welche zumindest eine mit einer konstanten Anschlussspannung betriebene Reihe von Peltier-Elementen (20) umfasst, deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt, und bei der eine Grenztemperatur für die Peltier-Elemente (20) vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Wärmestrompfad (34) Wärme von den einzelnen Peltier-Elementen (20) ableitbar ist, wobei der Wärmestrompfad (34) so ausgelegt ist, dass bei einer Maximaltemperatur oberhalb einer bei regulärem Betrieb der Peltier-Elemente (20) auftretenden
Betriebstemperatur und unterhalb der Grenztemperatur die Leistung (Ptherm) der über den Wärmestrompfad (34) abgeleiteten Wärme der elektrischen Leistung (Pei) gleich wird, welche die Peltier-Elemente (20) von der konstanten Anschlussspannung ziehen.
2. Hausgerät (1 ) nach Anspruch 1 , bei dem die von den Peltier-Elementen (20) bei der Betriebstemperatur gezogene elektrische Leistung zwischen 800 W und 1500 W, insbesondere etwa 1000 W, beträgt.
3. Hausgerät (1 ) nach Anspruch 2, bei dem die von den Peltier-Elementen (20) bei der Maximaltemperatur gezogene elektrische Leistung (Peι) zwischen 450 W und 700W, insbesondere etwa 600 W, beträgt.
4. Hausgerät (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Betriebstemperatur zwischen 60 °C und 100 °C, insbesondere etwa 90 °C, beträgt.
5. Hausgerät (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Maximaltemperatur zwischen 120 °C und 150 °C, insbesondere etwa 120 °C, beträgt.
6. Hausgerät (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem bei der
Betriebstemperatur die Leistung der über den Wärmestrompfad (34) abgeführten Wärme etwa einem Viertel der von den Peltier-Elementen (20) gezogenen elektrischen Leistung entspricht.
7. Hausgerät (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, welcher zumindest eine zusätzliche Wärmeleckage (10,16,22,24) aufweist.
8. Hausgerät (1 ) nach Anspruch 7, bei der der Wärmestrompfad (34) und die zusätzliche Wärmeleckage (10,16,22,24) ausgelegt sind zur Abführung von Wärme mit einer Leistung, die zumindest gleich der Leistung ist, welche die Peltier-Elemente (20) bei der Betriebstemperatur ziehen.
9. Hausgerät (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, welches als Wäschetrockner (1 ) ausgebildet ist.
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