EP2676076A1 - Raumklimagerät mit einem flüssigkeit-luft wärmeaustauschgerät mit peltierelementen - Google Patents

Raumklimagerät mit einem flüssigkeit-luft wärmeaustauschgerät mit peltierelementen

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Publication number
EP2676076A1
EP2676076A1 EP12704406.3A EP12704406A EP2676076A1 EP 2676076 A1 EP2676076 A1 EP 2676076A1 EP 12704406 A EP12704406 A EP 12704406A EP 2676076 A1 EP2676076 A1 EP 2676076A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
air
liquid
flow channel
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12704406.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Heule
Alexandr Sologubenko
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.)
AIRON TECHNOLOGIES AG
Original Assignee
Mentus Holding AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mentus Holding AG filed Critical Mentus Holding AG
Publication of EP2676076A1 publication Critical patent/EP2676076A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0008—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one medium being in heat conductive contact with the conduits for the other medium
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    • F24H2250/06—Peltier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to a Kunststoffkiimagerät with a liquid-air heat exchange device with Peltier elements.
  • thermoelectric element or the term “Peitier- heat pump” used.
  • the term “Peltier element” is to be understood as a thermoelectric component which consists of one or more thermoelectric elements in its internal structure The thermoelectric elements are based in particular on the Peltier effect, but they can also be based on another thermoelectric effect such as the
  • Thermotunneiung (English, “thermo tunneling") based principle known.
  • Peitier 1952 consist of two metals or two semiconductors, which are in contact with each other and are commonly referred to as thermocouples.
  • thermocouples When DC electrical current flows through a Peltier element, one metal or semiconductor heats up while the other metal or semiconductor cools.
  • a Peltier element thus operates as a current-driven heat pump, the mithiife an electric current heat from the one surface of the
  • Peltier element on the opposite surface of the Peltier element, or vice versa transported, i. which cools one surface while simultaneously heating the other surface.
  • a heating and cooling system for a building with several rooms is known.
  • the system includes a central heating device and Peltier heat pumps located in the rooms.
  • the Peltier heat pumps are connected to the central heating unit via a heat transfer circuit
  • the central heating unit provides the main part of the heating or cooling capacity, while the Peltier heat pumps serve to fine-tune the temperature in the individual rooms.
  • the invention has for its object to improve the efficiency of such a heating and cooling system.
  • the above object is achieved according to the invention by the Merkmaie of claim 1.
  • the result of the invention is a Kunststoffkiimagerät with a liquid-air heat exchange apparatus for exchanging heat between a liquid and air having a first flow channel for the air and a second flow channel for the liquid.
  • the heat exchange apparatus comprises a first stage in which the two flow channels are separated by a thermally passive partition and a subsequent second stage in which the two flow channels are separated by a thermally active partition.
  • the thermally passive partition consists of a heat-conducting material.
  • the thermally active partition consists of at least one Peltier element or comprises at least one Peltier element.
  • the Peltier element is advantageously designed as a component such that It can be installed directly as a thermally active partition in the heat exchange device.
  • the first stage heat is passively exchanged (as a heat transfer) between the liquid and the air, and the temperature of the air is adjusted to the temperature of the liquid.
  • the second stage by applying the at least one Peltier element with an electric current, heat is pumped from the liquid into the air or in the reverse direction from the air into the liquid.
  • the Peltier element works as a heat pump, which heat from the
  • Liquid pumps to the air when the air is to be heated, and which pumps heat from the air to the liquid when the air is to be cooled.
  • the liquid undergoes no
  • the heat exchange device additionally comprises a control device which contains a voltage source and / or a current source and is set up to generate and accordingly control the electric current flowing through the at least one Peltier element.
  • active means that by supplying electrical energy, heat is pumped from the liquid into the air or, in the reverse direction of the electrical current flowing through the at least one Peltier element, from the air into the liquid.
  • heat can be pumped from both the warm to the cold side and from the cold to the warm side of the thermally active partition.
  • passive means that the heat transfer between the liquid and the air is not supported by the supply of energy from the outside, so that the heat always flows only from the warm to the cold side of the thermally passive partition.
  • Fig. 1-4 show various embodiments of an inventive liquid-air
  • Fig. 5 shows a system with such heat exchange devices for heating and / or cooling rooms of a building
  • Fig. 6 shows schematically a trained as a room air conditioner heat exchange device.
  • Fig. 1 shows schematically a liquid-to-air heat exchange device according to the invention for exchanging heat between a liquid and air, which is referred to below as a heat exchange device 1.
  • the heat exchange device 1 comprises a first flow channel 2 for the air, with a first inlet 3 and a first outlet 4, and a second flow channel 5 for the
  • Liquid with a second inlet 6 and a second outlet 7.
  • the first flow channel 2 comprises a first chamber 8 and a subsequent, second chamber 9
  • the second flow channel 5 comprises a third chamber 10 and a subsequent, fourth Chamber 11.
  • the first chamber 8 and the third chamber 10 are thermally passive
  • Separating wall 12 separated, which consists of a heat-conducting material, such as a metal.
  • the second chamber 9 and the fourth chamber 11 are separated by a thermally active partition 13, which consists of at least one first Peitiereiement 14 or at least a first
  • Peitiereiement 14 includes.
  • the partitions 12 and 13 may be provided on one or both sides with fins 15.
  • the fins 15 are formed, for example, as Biech Publishede, ribs, fingers, et cetera so that they emit as efficiently as possible heat to the air or liquid or absorb it.
  • the heat exchange device 1 further comprises a control device 16, which by the first
  • control device 16 is supplied by temperature sensors, not shown, and / or a higher-level control device with temperature signals or control commands.
  • the temperature sensors are located, for example, at the inlets or outlets or in the chambers.
  • the first chamber 8 and the third chamber 10 together with the thermally passive partition wall 12, and if present the associated fins 15, a first stage 17 for the passive
  • the described with reference to FIG. 1 embodiment of the first stage 17 allows an efficient
  • the first stage 17 can also be realized by another heat exchanger, which is suitable for the heat exchange between a liquid and air, without a change of the state of aggregation of the liquid takes place in the second flow channel 5.
  • the liquid typically circulates in a closed circuit through which it is conveyed by means of unillustrated pumping means and to which the heat exchange device 1 is connected.
  • the heat exchange device 1 or a Jardinkli maêt with the heat exchange device 1 may also include a fan 28 to convey the air through the Strömungskanai 2.
  • the flow directions of the air and the liquid in this example are parallel to each other in the same direction, but also a configuration for countercurrent or cross flow is possible.
  • FIG. 2 shows an advantageous embodiment of the inventive heat exchange device 1, in which both sides of the liquid-flow channel 5, an air flow channel 2A and 2B is arranged.
  • the Air flow channels 2A and 2B are in the first stage 17 by thermally passive partitions 12A and 12B and in the second stage 1 8 by thermally active partitions 13A and 13B of
  • the reference numerals of the elements of the air flow channel 2A are around the letter A, the reference numerals of the elements of the air flow channel 2B are supplemented by the letter B.
  • the inlets 3A and 3B may be connected to each other, the outlets 4A and 4B may also be connected to each other. However, the air in the flow channels 2A and 2B may also come from a different source for each channel and / or be transported to another location after exiting the heat exchange device 1 for each channel.
  • the controller 16 is arranged, if necessary, to operate the Peltier element 14A of the partition wall 13A independently of the Peltier element 14B of the partition wall 13B.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the inventive heat exchange device, in which a further wall of the fourth chamber 11 is formed as a thermally active partition 19, which consists of at least one second Peltier element 20 or at least a second Peltier element 20, wherein the second Peltier element 20th with a part of an outer wall 21 of the
  • Heat exchange device 1 is in good thermal contact.
  • the outer wall 21 is in particular a front plate of the heat exchange device 1, which consists of a heat-conductive material such as aluminum, so that the front panel with the second Peltier element 20 is heated and the heat can be delivered as radiant heat to the room in which the heat exchange device 1 is located.
  • the outer wall 21 ideally has a surface with a high emission coefficient, such as a non-metallic surface with a suitable color.
  • the thermally active partition 19 is on the other side of the chamber 11 than the thermally active one
  • Partition 13 i. the two thermally active partitions 19 and 13 are mutually
  • control device 16 is advantageously set up to operate the second Peltier element 20 independently of the first Peltier element 14.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the inventive heat exchange device, in which not as in Fig. 3, a further wall of the fourth chamber 11, but a further wall of the third chamber 10 is formed as a thermally active partition wall 22 of a second Peltier element 20.
  • FIGS. 3 and 4 show only that part of the outer wall 21 which is in good thermal contact with the corresponding thermally active dividing wall 19 or 22.
  • FIG. 5 illustrates a system with heat exchanging devices 1 according to the invention for heating and / or cooling rooms 23 of a building 24.
  • the system comprises a central heating device 25 and spacekiimaging devices 26 arranged in the spaces 23 and comprising at least one heat exchange device 1 according to the invention.
  • the heat exchange devices 1 are via one or more
  • the liquid used is usually water or a water-based liquid; but it can also be used any other suitable liquid.
  • the central heating device 25 heats or cools the liquid to a certain flow temperature.
  • the first, passive stage 17 heats or cools the air flowing through the first chamber 8, by always passing from the warmer to the colder side a passive heat transfer, namely either from the first chamber 8 through the thermally passive partition wall 12 to the third chamber 10th or in the reverse direction of the third chamber 10 through the thermally passive partition wall 12 through to the first chamber 8.
  • the second, active stage 18 heats or cools the air subsequently flowing through the second chamber 9 with simultaneous cooling or heating of the fourth Chamber 11 flowing liquid to the desired outlet temperature. This heat transfer is achieved by charging the first Peltier element 14 with an electric current.
  • the heat exchanger apparatus 1 can also be used to dehumidify the air, namely by cooling the air in the second stage 18 below the dew point by the first Peltier element 14.
  • the control device 16 is set up to adjust the flow flowing through the first plowing element 14 in such a way that the air is cooled below the dew point.
  • the room air conditioners 26 consist essentially of the heat exchange device, i. the
  • Heat exchange device is a room air conditioner, if it is designed according to this purpose with a shapely housing.
  • Fig. 6 shows schematically the housing 29 of such a heat exchange device or room air conditioner.
  • the housing 29 comprises a front plate 30 and first and second ventilation slots 31 and 32, which are arranged in front of the inlet 3 and the outlet 4, respectively.
  • the first ventilation slots 31 are preferably arranged in the lower region of the front plate 30, the second ventilation slots 32 preferably in the upper region of the housing 29.
  • the front plate 30 corresponds to the above-mentioned front plate of the heat exchange device 1.

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Abstract

Ein Raumklimagerät mit einem Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgerät zum Austausch von Wärme zwischen einer Flüssigkeit und Luft umfasst einen ersten Strömungskanal (2; 2A) für die Luft und einen zweiten Strömungskanal (5) für die Flüssigkeit, und mindestens ein Peltierelement (14). Das Wärmeaustauschgerät (1) ist unterteilt in eine erste Stufe (17), in der ein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der Luft auf passive Weise erfolgt, und eine nachfolgende, zweite Stufe (18), in der durch Beaufschlagung des mindestens einen Peltierelements (14) mit einem elektrischen Strom Wärme von der Flüssigkeit in die Luft oder von der Luft in die Flüssigkeit gepumpt wird.

Description

Raumklimagerät mit einem Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgerät mit Peltierelementen
Die Erfindung betrifft ein Raumkiimagerät mit einem Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgerät mit Peltierelementen.
Für den Begriff„Peltierelement" wird in der Fachwelt oft wie ein Synonym der Begriff
„thermoeiektrisches Element" oder der Begriff„Peitier- Wärmepumpe" verwendet. Unter dem Begriff „Peltierelement" ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche ein thermoeiektrisches Bauteil zu verstehen, das in seiner inneren Struktur aus einem oder aus mehreren thermoeiektrischen Elementen besteht. Die thermoeiektrischen Elemente basieren insbesondere auf dem Peltier-Effekt, sie können aber auch auf einem anderen thermoeiektrischen Effekt wie beispielsweise dem als
Thermotunneiung (engl,„thermo tunneling") bekannten Prinzip beruhen.
Peitierelemente bestehen aus zwei Metalien oder zwei Halbleitern, die miteinander in Kontakt sind und üblicherweise als Thermopaare bezeichnet werden. Wenn ein elektrischer Gleichstrom durch ein Peltierelement fliesst, erwärmt sich das eine Metall bzw. der eine Halbleiter, während sich das andere Metali bzw. der andere Halbleiter abkühlt. Ein Peltierelement arbeitet somit als Strom betriebene Wärmepumpe, die mithiife eines elektrischen Stroms Wärme von der einen Oberfläche des
Peltierelements auf die gegenüberliegende Oberfläche des Peltierelements, oder umgekehrt, transportiert, d.h. die eine Oberfläche bei gleichzeitiger Erwärmung der jeweils anderen Oberfläche kühlt.
Aus der DE 1817077 ist eine Heiz- und Kühlanlage für ein Gebäude mit mehreren Räumen bekannt. Die Anlage umfasst ein zentrales Wärmegerät und in den Räumen angeordnete Peltier-Wärmepumpen. Die Peltier-Wärmepumpen sind über einen Wärmeträger-Kreislauf an das zentrale Wärmegerät
angeschlossen. Das zentrale Wärmegerät liefert den Hauptanteil der Wärme- bzw. Kälteleistung, während die Peltier-Wärmepumpen zur Feineinstellung der Temperatur in den einzelnen Räumen dienen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer solchen Heiz- und Kühlanlage zu verbessern. Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmaie des Anspruchs 1.
Das Resultat der Erfindung ist ein Raumkiimagerät mit einem Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgerät zum Austausch von Wärme zwischen einer Flüssigkeit und Luft, das einen ersten Strömungskanai für die Luft und einen zweiten Strömungskanai für die Flüssigkeit aufweist. Das Wärmeaustauschgerät umfasst eine erste Stufe, in der die beiden Strömungskanäle durch eine thermisch passive Trennwand getrennt sind, und eine nachfolgende, zweite Stufe, in der die beiden Strömungskanäie durch eine thermisch aktive Trennwand getrennt sind. Die thermisch passive Trennwand besteht aus einem Wärme gut leitenden Material . Die thermisch aktive Trennwand besteht aus mindestens einem Peltierelement oder umfasst mindestens ein Peltierelement. Das Peltierelement ist als Bauteil mit Vorteil so ausgebildet, dass es direkt als thermisch aktive Trennwand in das Wärmeaustauschgerät eingebaut werden kann.
In der ersten Stufe wird zwischen der Flüssigkeit und der Luft auf passive Weise Wärme ausgetauscht (als Wärmedurchgang) und die Temperatur der Luft an die Temperatur der Flüssigkeit angeglichen. In der zweiten Stufe wird durch Beaufschlagung des mindestens einen Peltiereiements mit einem elektrischen Strom Wärme von der Flüssigkeit in die Luft oder in umgekehrter Richtung von der Luft in die Flüssigkeit gepumpt. Das Peltierelement arbeitet als Wärmepumpe, welche Wärme von der
Flüssigkeit zur Luft pumpt, wenn die Luft erwärmt werden soll, und welche Wärme von der Luft zur Flüssigkeit pumpt, wenn die Luft abgekühlt werden soll. Die Flüssigkeit erfährt dabei keine
Aggregatszustandsänderung. Das Wärmeaustauschgerät umfasst zudem eine Steuereinrichtung, die eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle enthält und eingerichtet ist, den durch das mindestens eine Peltierelement fliessenden elektrischen Strom zu erzeugen und dementsprechend steuern.
Der Begriff "aktiv" bedeutet, dass durch Zufuhr von elektrischer Energie Wärme von der Flüssigkeit in die Luft oder, bei umgekehrter Richtung des durch das mindestens eine Peltierelement fliessenden elektrischen Stroms, von der Luft in die Flüssigkeit gepumpt wird. Insbesondere kann Wärme sowohl von der warmen zur kalten Seite wie auch von der kalten zur warmen Seite der thermisch aktiven Trennwand gepumpt werden. Der Begriff "passiv" bedeutet demgegenüber, dass der Wärmetransport zwischen der Flüssigkeit und der Luft nicht durch Zufuhr von Energie von aussen unterstützt wird, so dass die Wärme stets nur von der warmen zur kalten Seite der thermisch passiven Trennwand fliesst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet. Es werden in den Figuren für gleiche Elemente jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1- 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemässen Flüssigkeit-Luft
Wärmeaustauschgeräts,
Fig. 5 zeigt eine Anlage mit solchen Wärmeaustauschgeräten zum Heizen und/oder Kühlen von Räumen eines Gebäudes, und
Fig. 6 zeigt schematisch ein als Raumklimagerät ausgebildetes Wärmeaustauschgerät.
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemässes Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgerät zum Austausch von Wärme zwischen einer Flüssigkeit und Luft, das nachfolgend als Wärmeaustauschgerät 1 bezeichnet wird. Das Wärmeaustauschgerät 1 umfasst einen ersten Strömungskanal 2 für die Luft, mit einem ersten Einlass 3 und einem ersten Auslass 4, und einen zweiten Strömungskanal 5 für die
Flüssigkeit, mit einem zweiten Einlass 6 und einem zweiten Auslass 7. Die bevorzugten
Strömungsrichtungen der Luft und der Flüssigkeit in den Strömungskanälen 2 und 5 sind durch Pfeile dargestellt. Der erste Strömungskanal 2 umfasst eine erste Kammer 8 und eine nachfolgende, zweite Kammer 9, der zweite Strömungskanal 5 umfasst eine dritte Kammer 10 und eine nachfolgende, vierte Kammer 11. Die erste Kammer 8 und die dritte Kammer 10 sind durch eine thermisch passive
Trennwand 12 getrennt, die aus einem Wärme gut leitenden Material, beispielsweise einem Metall, besteht. Die zweite Kammer 9 und die vierte Kammer 11 sind durch eine thermisch aktive Trennwand 13 getrennt, die aus mindestens einem ersten Peitiereiement 14 besteht oder mindestens ein erstes
Peitiereiement 14 umfasst. Die Trennwände 12 und 13 können ein- oder beidseitig mit Lamellen 15 versehen sein. Die Lamellen 15 sind beispielsweise als Biechstücke, Rippen, Finger, et cetera ausgebildet, damit sie möglichst effizient Wärme an die Luft bzw. Flüssigkeit abgeben oder daraus aufnehmen.
Das Wärmeaustauschgerät 1 umfasst weiter eine Steuereinrichtung 16, die den durch das erste
Peitiereiement 14 fliessenden Strom steuert. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird die Steuereinrichtung 16 von nicht dargestellten Temperatursensoren und/oder einer übergeordneten Steuereinrichtung mit Temperatursignalen bzw. Steuerbefehlen versorgt. Die Temperatursensoren befinden sich beispielsweise bei den Einlässen oder Auslässen oder in den Kammern.
Die erste Kammer 8 und die dritte Kammer 10 bilden zusammen mit der thermisch passiven Trennwand 12, und wenn vorhanden den zugehörigen Lamellen 15, eine erste Stufe 17 für den passiven
Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der Luft. Die zweite Kammer 9 und die vierte Kammer 11 bilden zusammen mit der thermisch aktiven Trennwand 13, wenn vorhanden den zugehörigen Lamellen 15, und der Steuereinrichtung 16 eine zweite Stufe 18 für das aktive Pumpen von Wärme von der Flüssigkeit in die Luft oder umgekehrt. Die anhand der Fig. 1 beschriebene Ausführung der ersten Stufe 17 ermöglicht einen effizienten
Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der Luft. Die erste Stufe 17 kann jedoch auch durch einen anderen Wärmetauscher verwirklicht werden, welcher für den Wärmetausch zwischen einer Flüssigkeit und Luft geeignet ist, ohne dass ein Wechsel des Aggregatszustandes der Flüssigkeit im zweiten Strömungskanal 5 stattfindet. Die Flüssigkeit zirkuliert typischerweise in einem geschlossenen Kreislauf, durch den sie mitteis nicht dargestellter Pumpenmittel befördert wird und an den das Wärmeaustauschgerät 1 angeschlossen ist. Das Wärmeaustauschgerät 1 oder ein Raumkli magerät mit dem Wärmeaustauschgerät 1 kann zudem ein Gebläse 28 enthalten, um die Luft durch den Strömungskanai 2 zu befördern. Für die Durchströmung des Strömungskanais 2 kann aber auch natürliche Konvektion ausgenutzt werden. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, verlaufen die Strömungsrichtungen der Luft und der Flüssigkeit bei diesem Beispiel parallel zueinander in gleicher Richtung, wobei jedoch auch eine Ausgestaltung für Gegenstrom oder Kreuzstrom möglich ist.
Die Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschgeräts 1 , bei der beidseitig des Fiüssigkeit-Strömungskanals 5 ein Luft-Strömungskanal 2A bzw. 2B angeordnet ist. Die Luft-Strömungskanäle 2A bzw. 2B sind in der ersten Stufe 17 durch thermisch passive Trennwände 12A bzw. 12B und in der zweiten Stufe 1 8 durch thermisch aktive Trennwände 13A bzw. 13B vom
Flüssigkeit-Strömungskanal 5 getrennt, wobei die thermisch aktiven Trennwände 13A und 13B wie beim vorhergehenden Beispiel aus mindestens je einem ersten Peltierelement 14A bzw. 14B bestehen oder ein erstes Peltierelement 14A bzw. 14B enthalten. Die Bezugszeichen der Elemente des Luft- Strömungskanais 2A sind um den Buchstaben A, die Bezugszeichen der Elemente des Luft- Strömungskanais 2B sind um den Buchstaben B ergänzt. Die Einlässe 3A und 3B können miteinander verbunden sein, die Auslässe 4A und 4B können ebenfalls miteinander verbunden sein. Die Luft in den Strömungskanälen 2A und 2B kann aber auch für jeden Kanal aus einer anderen Quelle stammen und/oder nach Austritt aus dem Wärmeaustauschgerät 1 für jeden Kanal an einen anderen Ort transportiert werden. Die Steuereinrichtung 16 ist wenn nötig eingerichtet, das Peltierelement 14A der Trennwand 13A unabhängig von dem Peltierelement 14B der Trennwand 13B zu betreiben.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschgeräts, bei der eine weitere Wand der vierten Kammer 11 als thermisch aktive Trennwand 19 ausgebildet ist, die aus mindestens einem zweiten Peltierelement 20 besteht oder mindestens ein zweites Peltierelement 20 umfasst, wobei das zweite Peltierelement 20 mit einem Teil einer Aussenwand 21 des
Wärmeaustauschgeräts 1 in gutem thermischem Kontakt ist. Die Aussenwand 21 ist insbesondere eine Frontplatte des Wärmeaustauschgeräts 1 , die aus einem Wärme gut leitenden Material wie beispielsweise Aluminium besteht, so dass die Frontplatte mit dem zweiten Peltierelement 20 erwärmt und die Wärme als Strahlungswärme an den Raum abgegeben werden kann, in dem sich das Wärmeaustauschgerät 1 befindet. Die Aussenwand 21 hat idealerweise eine Oberfläche mit hohem Emissionskoeffizienten, etwa eine nichtmetallische Oberfläche mit einer geeigneten Farbe. Bei diesem Beispiel befindet sich die thermisch aktive Trennwand 19 auf der anderen Seite der Kammer 11 als die thermisch aktive
Trennwand 13, d.h. die beiden thermisch aktiven Trennwände 19 und 13 sind einander
gegenüberliegende Begrenzungen der Kammer 11. Die Steuereinrichtung 16 ist mit Vorteil eingerichtet, das zweite Peltierelement 20 unabhängig von dem ersten Peltierelement 14 zu betreiben.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemässen Wärmeaustauschgeräts, bei dem nicht wie bei der Fig. 3 eine weitere Wand der vierten Kammer 11 , sondern eine weitere Wand der dritten Kammer 10 als thermisch aktive Trennwand 22 aus einem zweiten Peltierelement 20 ausgebildet ist. In den Fig. 3 und Fig. 4 ist nur derjenige Teil der Aussenwand 21 dargestellt, der mit der entsprechenden thermisch aktiven Trennwand 19 bzw. 22 in gutem thermischem Kontakt ist.
Es ist auch möglich, sowohl die vierte Kammer 11 als auch die dritte Kammer 10 mit den thermisch aktiven Trennwänden 19 und 22 auszubilden, die in gutem thermischen Kontakt mit der Aussenwand des Wärmeaustauschgeräts 1 bzw. des Raumklimageräts sind. Die Fig. 5 illustriert eine Anlage mit erfindungsgemässen Wärmeaustauschgeräten 1 zum Heizen und/oder Kühlen von Räumen 23 eines Gebäudes 24. Die Anlage umfasst ein zentrales Wärmegerät 25 und in den Räumen 23 angeordnete Raumkiimageräte 26, die wenigstens ein erfindungsgemässes Wärmeaustauschgerät 1 aufweisen. Die Wärmeaustauschgeräte 1 sind über einen oder mehrere
Heizkreisläufe 27 mit jeweils einer Zuleitung und einer Rückleitung, in denen die Flüssigkeit zirkuliert, parallel an das zentrale Wärmegerät 25 angeschlossen. Die verwendete Flüssigkeit ist üblicherweise Wasser oder eine Flüssigkeit auf Wasserbasis; es kann aber auch jede andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden. Das zentrale Wärmegerät 25 erwärmt oder kühlt die Flüssigkeit auf eine bestimmte Vorlauftemperatur. Im folgenden wird die Funktionsweise eines solchen Wärmeaustauschgeräts 1 erläutert. Die erste, passive Stufe 17 erwärmt bzw. kühlt die durch die erste Kammer 8 strömende Luft, indem immer von der wärmeren zur kälteren Seite ein passiver Wärmedurchgang erfolgt, nämlich entweder von der ersten Kammer 8 durch die thermisch passive Trennwand 12 hindurch zur dritten Kammer 10 oder in umgekehrter Richtung von der dritten Kammer 10 durch die thermisch passive Trennwand 12 hindurch zur ersten Kammer 8. Die zweite, aktive Stufe 18 erwärmt bzw. kühlt die anschliessend durch die zweite Kammer 9 strömende Luft bei gleichzeitiger Abkühlung bzw. Erwärmung der durch die vierte Kammer 11 strömenden Flüssigkeit auf die gewünschte Austrittstemperatur. Dieser Wärmetransport wird durch Beaufschlagung des ersten Peltierelements 14 mit einem elektrischen Strom- erreicht.
Das Wärmeaustauschgerät 1 kann auch verwendet werden, um die Luft zu entfeuchten, nämlich indem die Luft in der zweiten Stufe 18 mitteis des ersten Peltierelements 14 unter den Taupunkt abgekühlt wird. Die Steuereinrichtung 16 ist in diesem Fall eingerichtet, den durch das erste Peitiereiement 14 fliessenden Strom so einzustellen, dass die Luft unter den Taupunkt abgekühlt wird.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile:
- Der Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der Luft erfolgt ohne Aggregatszustands- änderungen der Flüssigkeit, d.h. die Flüssigkeit ist im ganzen Strömungskanal 5 immer im flüssigen
Zustand.
- Die Erhöhung (beim Heizen) bzw. Absenkung (beim Kühlen) der Temperatur der Luft auf die
Temperatur der Flüssigkeit in der ersten Stufe 17, erhöht den Wirkungsgrad.
- Die aktive Kühlung in der zweiten Stufe 18 des Wärmeaustauschgeräts 1 ermöglicht auch die
Entfeuchtung der Luft mittels Absenkung der Lufttemperatur unter den Taupunkt.
Die Raumklimageräte 26 bestehen im wesentlichen aus dem Wärmeaustauschgerät, d.h. das
Wärmeaustauschgerät ist ein Raumklimagerät, wenn es entsprechend diesem Verwendungszweck mit einem formschönen Gehäuse ausgestaltet wird. Die Fig. 6 zeigt schematisch das Gehäuse 29 eines solchen Wärmeaustauschgeräts bzw. Raumklimageräts. Das Gehäuse 29 umfasst eine Frontplatte 30 und erste und zweite Lüftungsschlitze 31 bzw. 32, die vor dem Einlass 3 bzw. dem Auslass 4 angeordnet sind. Die ersten Lüftungsschlitze 31 sind bevorzugt im unteren Bereich der Frontplatte 30 angeordnet, die zweiten Lüftungsschlitze 32 bevorzugt im oberen Bereich des Gehäuses 29. Die Frontplatte 30 entspricht der oben erwähnten Frontplatte des Wärmeaustauschgeräts 1.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Raumklimagerät, umfassend ein Flüssigkeit-Luft Wärmeaustauschgerät zum Austausch von Wärme zwischen einer Flüssigkeit und Luft, mit einem ersten Strömungskanai (2; 2A) für die Luft und einem zweiten Strömungskanal (5) für die Flüssigkeit, wobei der zweite Strömungskanal (5) einen Einlass (6) und einen Auslass (7) verbindet, die an einen externen, ein wärmeübertragendes Strömungsmittei führenden Kreislauf anschiiessbar sind, ein Gebläse (28) um Luft durch den ersten Strömungskanal (2; 2A) zu befördern, und eine Steuereinrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschgerät (1) eine erste Stufe (17), in der der erste Strömungskanal (2; 2A) und der zweite Strömungskanal (5) durch eine thermisch passive Trennwand (12; 12A) getrennt sind, und eine nachfolgende, zweite Stufe (18) umfasst, in der der erste Strömungskanai (2; 2A) und der zweite Strömungskanai (5) durch eine thermisch aktive Trennwand (13; 13A) getrennt sind, wobei die thermisch aktive Trennwand (13; 13A) aus mindestens einem ersten Peltierelement (14) besteht oder mindestens ein erstes Peltierelement (14) umfasst, und dass die Steuereinrichtung (16) eingerichtet ist, einen durch das mindestens eine erste Peltierelement (14) fliessenden elektrischen Strom zu erzeugen und so zu steuern, dass Wärme von der Flüssigkeit zur Luft gepumpt wird, wenn die Luft erwärmt werden soll, und Wärme von der Luft zur Flüssigkeit gepumpt wird, wenn die Luft abgekühlt werden soll, wobei die Flüssigkeit keine Aggregatszustandsänderung erfährt.
2. Raumklimagerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanai (2; 2A) eine erste Kammer (8; 8A) und eine zweite Kammer (9; 9A) aufweist, dass der zweite
Strömungskanal (5) eine dritte Kammer (10) und eine vierte Kammer (11) aufweist, dass die erste Kammer (8; 8A) und die dritte Kammer (10) durch die thermisch passive Trennwand (12; 12A) getrennt sind, und dass die zweite Kammer (9; 9A) und die vierte Kammer (11) durch die thermisch aktive Trennwand (13; 13 A) getrennt sind.
3. Raumklimagerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter
Strömungskanal (2B) für die Luft vorhanden ist, wobei die beiden Strömungskanäle (2A, 2B) für die Luft beidseitig des zweiten Strömungskanais (5) für die Flüssigkeit angeordnet sind, wobei der dritte Strömungskanai (2B) eine fünfte Kammer (8B), die durch eine thermisch passive Trennwand (12B) von der dritten Kammer (10) getrennt ist, und eine sechste Kammer (9B), die durch eine thermisch aktive Trennwand (13B) von der vierten Kammer (11) getrennt ist, aufweist.
4. Raumklimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Wand der dritten Kammer (10) als thermisch aktive Trennwand (22) und/oder eine weitere Wand der vierten Kammer (11) als thermisch aktive Trennwand (19) ausgebildet ist, die aus mindestens einem zweiten Peltierelement (20) besteht oder mindestens ein zweites Peltierelement (20) umfasst und die mit einem Teil einer Aussenwand (21) des Raumklimageräts in gutem thermischen Kontakt ist.
5. Raumkiimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch passive Trennwand (12; 12A) und/oder die thermisch aktive Trennwand (13; 13A) beidseitig mit Lamellen (15) versehen ist.
6. Raumklimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinrichtung (16) eingerichtet ist, die Luft mittels des ersten Peltiereiements (14) unter den Taupunkt abzukühlen.
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