FI121675B

FI121675B - Building element and its use

Info

Publication number: FI121675B
Application number: FI20085860A
Authority: FI
Inventors: Kari Petteri Lautso
Original assignee: Rautaruukki Oyj
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2011-02-28
Also published as: EP2334881A4; WO2010029217A1; EP2334881A1; FI20085860A; FI20085860A0

Description

Rakennuselementti ja sen käyttö Keksinnön taustaBACKGROUND OF THE INVENTION

Esillä oleva keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen rakennuselementtiin ja erityisesti rakennuselementtiin, joka käsittää en-5 simmäisen ja toisen metallista aikaansaadun levyn, jotka on asetettu olennaisesti sähkö- ja lämpöeristetysti erilleen toisistaan.The present invention relates to a building element according to the preamble of claim 1, and in particular to a building element, comprising first and second metal-made boards, which are substantially electrically and thermally insulated from one another.

Rakennusten energiatehokkuutta ja lämmitys-/jäähdytysratkaisuja on pyritty kehittämään monella tavalla. Eräs energiatehokkuutta parantava ratkaisu on erilaiset lämpöpumppusovellutukset, joissa hyödynnetään sisä- ja ul-10 koilman lämpötilaeroa sisätilan lämmittämiseksi tai jäähdyttämiseksi. Eräs tällainen lämpötilaeroa hyödyntävä ratkaisu ovat erilaiset lämpösähköistä ilmiötä tai niin sanottua Peltierin ilmiötä hyödyntävät sovellukset. Lämpösähköinen ilmiö ja Peltierin ilmiö ovat yleisesti tunnettuja, joten niiden selitys jätetään tässä hakemuksessa pois. Tunnetun tekniikan mukaisesti lämpösähköistä ilmiötä ja 15 Peltierin ilmiötä on hyödynnetty myös rakennustekniikassa erilaisissa lämmitys- ja jäähdytysratkaisuissa. Näissä ratkaisuissa rakenteeltaan täydellinen Peltier-moduuli on asennettu esimerkiksi rakennuselementtiin tai kiinnitetty ik-kunarakenteeseen. Peltier-moduuli tuottaa lämpö- ja/tai kylmäenergiaa elektrodeissaan, joista se siirretään rakennuselementin rakenteisiin, kuten pintale-20 vyihin tai ikkunaruutuihin.There have been many attempts to improve the energy performance of buildings and heating / cooling solutions. One solution that improves energy efficiency is a variety of heat pump applications that utilize the temperature difference between indoor and ul-10 to heat or cool the interior. One such solution utilizing the temperature difference is various applications utilizing the thermoelectric phenomenon or the so-called Peltier phenomenon. The thermoelectric phenomenon and the Peltier phenomenon are well known and their description is omitted in this application. According to the prior art, the thermoelectric phenomenon and the 15 Peltier phenomenon have also been utilized in building technology for various heating and cooling solutions. In these solutions, the complete Peltier module is mounted, for example, on a building element or attached to a window structure. The Peltier module generates heat and / or cold energy at its electrodes, from where it is transferred to the structures of the building element, such as surface 20 tabs or window panes.

Ongelmana yllä kuvatussa järjestelyssä on se, että rakennusele-menttien normaaliin valmistusprosessiin täytyy tehdä merkittäviä muutoksia Peltier-moduulin asentamista varten. Lisäksi myös itse rakennuselementtiin on tehtävä muutoksia, jolloin rakennuselementin rakenne saattaa merkittävästi 25 muuttua ja sen ominaisuudet heikentyä verrattuna vastaavaan rakennuselementtiin, joka ei käsitä Peltier-moduulia. Nämä edelliset seikat tekevät rakennuselementin valmistusprosessista monimutkaisen ja siten taloudellisesti kalliin. Lisäksi tunnetun tekniikan ratkaisuissa aikaansaatu lämmönsiirtopinta on pieni, mikä tarkoittaa sitä, että huonetilan lämmittäminen tai jäähdyttäminen ei 30 sen avulla ole käytännössä kannattavaa ja vaan jäähdytys- ja lämmitysvaikutus kohdistuu ensisijaisesti Peltier-moduuliin yhteydessä oleviin rakenteisiin, kuten levyihin ja ikkunaruutuihin.The problem with the arrangement described above is that significant changes need to be made to the normal fabrication of building elements in order to install the Peltier module. In addition, the building element itself has to be modified, whereby the structure of the building element may change significantly and its properties may be reduced compared to a corresponding building element which does not comprise the Peltier module. These previous considerations make the manufacturing process of the building element complex and thus economically expensive. In addition, the heat transfer surface achieved in prior art solutions is small, which means that heating or cooling the room is not practically profitable and that the cooling and heating effect is primarily directed to structures connected to the Peltier module, such as panels and window panes.

Keksinnön lyhyt selostusBrief Description of the Invention

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää rakennuselementti, jolla yllä 35 mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan patentti- 2 vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisella rakennuselementillä, joille on tunnusomaista se, että ensimmäinen ja toinen levy on kytketty toisiinsa yhdellä tai useammalla puolijohde-elementillä lämpösähköisen moduulin aikaansaamiseksi rakennuselementistä.It is therefore an object of the invention to provide a building element for solving the above-mentioned problems. The object of the invention is achieved by a building element according to the characterizing part of claim 2, characterized in that the first and second plates are interconnected by one or more semiconductor elements to provide a thermoelectric module from the building element.

5 Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaa timusten kohteena.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Keksintö perustuu siihen, että rakennuselementin tai rakennus-paneelin, metallista valmistettuja levyjä, kuten esimerkiksi sandwich-paneelin pintalevyjä, hyödynnetään lämpösähköisen moduulin tai Peltier-moduulin ai-10 kaansaamiseen. Keksinnön mukaisesti rakennuselementin toisistaan sähköisesti eristetyt metallilevyt kytketään toisiinsa puolijohde-elementtien avulla lämpösähköisen moduulin aikaansaamiseksi. Tähän lämpösähköiseen moduuliin voidaan edelleen kytkeä virtalähde siten, että sähköisesti eristettyjen metallisten levyjen välille aikaansaadaan virran avulla lämpötilaero.The invention is based on the utilization of a building element or a building panel, metal plates, such as sandwich panel surface panels, for the incorporation of a thermoelectric module or a Peltier module ai-10. According to the invention, electrically insulated metal plates of the building element are interconnected by means of semiconductor elements to provide a thermoelectric module. This thermoelectric module can be further connected to a power supply so that a temperature difference is applied between the electrically insulated metal plates.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on se, että rakennuselementtiin ei tarvitse tehdä merkittäviä muutoksia lämpösähköisen moduulin tai Peltier-moduulin asentamista varten, vaan rakennuselementtiä voidaan sellaisenaan hyödyntää osana lämpösähköistä moduulia tai Peltier-moduulia. Täten rakennus-elementin valmistusprosessiin ei tarvitse tehdä 20 merkittäviä muutoksia, vaan nämä rakennus-elementit voidaan valmistaa samassa valmistusprosessissa ja edullisesti samalla valmistuslinjalla muiden tavanomaisten rakennuselementtien kanssa. Lisäksi, koska rakennuselementin metallisten levyjen lämmönsiirtokyky on hyvä, jolloin lämpösähköisen moduulin tai Peltier- moduulin lämmönsiirtopinta saadaan suureksi, eikä lämmönsiirtymi-25 sen huonetilaan tarvitse kulkea huonosti lämpöä johtavan rakennuslevyn läpi, vaan lämmönsiirto voi tapahtua suoraan ainoastaan rakennuselementin metallilevyjen läpi. Tämä edelleen mahdollistaa suurtenkin tilojen lämmittämisen tai viilentämisen. Tällöin lisäksi koko rakennuselementeistä valmistettu seinä tai muu rakenne saadaan koko pinnaltaan toimimaan lämmönsiirtopintana.An advantage of the method and system according to the invention is that the building element does not need to be significantly modified for the installation of the thermoelectric module or Peltier module, but the building element itself can be utilized as part of the thermoelectric module or Peltier module. Thus, no significant changes need to be made in the manufacturing process of the building element, but these building elements can be manufactured in the same manufacturing process and preferably in the same production line with other conventional building elements. Furthermore, because the heat transfer capacity of the metal panels of the building element is good, the heat transfer surface of the thermoelectric module or the Peltier module is high, and the heat transfer room does not have to pass through a poorly conductive building board. This further allows heating or cooling of large spaces. In addition, the entire wall or other structure made of building elements is made to act as a heat transfer surface throughout its surface.

30 Kuvioiden lyhyt selostus30 Brief Description of the Figures

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: kuvio 1 esittää erään suoritusmuodon esillä olevan keksinnön mukaisesta rakennuselementistä; 35 kuvio 2 esittää erään toisen suoritusmuodon esillä olevan keksinnön mukaisesta rakennuselementistä; ja 3 kuvio 3 esittää kolmannen suoritusmuodon esillä olevan keksinnön mukaisesta rakennuselementistä.The invention will now be described in greater detail in connection with preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows an embodiment of a building element according to the present invention; Figure 2 shows another embodiment of a building element according to the present invention; and Fig. 3 shows a third embodiment of a building element according to the present invention.

Keksinnön yksityiskohtainen selostusDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Viitaten kuvioon 1 on siinä esitetty eräs esillä olevan keksinnön mu-5 kainen suoritusmuoto rakennuselementistä 1. Tässä suoritusmuodossa raken-nuselementti 1 on eristetty rakennuspaneeli, kuten sandwich-paneeli, joka käsittää ensimmäisen pintalevyn 2 ja toisen pintalevyn 4 sekä niiden välissä olevan eristemateriaalin 16. Pintalevyt 2, 4 on asennettu siten, että ne ovat säh-köeristetysti erillään toisistaan ja edullisesti myös lämpöeristetysti erillään toi-10 sistaan. Pintalevyt 2, 4 on valmistettu metallista ja edullisesti ne on valmistettu ohutlevystä, kuten teräsohutlevystä. Eristemateriaali 10 on kiinnitetty pintalevy-jen 2, 4 sisäpintoihin, toisiaan vastapäätä oleviin pintoihin, esimerkiksi liimaamalla. On kuitenkin huomioitava, että levyjen 2, 4 välissä ei ole välttämättä eristemateriaalia 10, vaan levyjen 2, 4 välissä voi yksinkertaisesti olla ilmarako 15 tai jotakin muuta sähköisesti eristävää materiaalia. Lisäksi levyjen 2, 4 etäisyys toisistaan voi vaihdella erilaisissa sovelluksissa. Toisin sanoen esillä olevaa keksintö voidaan soveltaa mihin tahansa rakennuselementtiin, joka käsittää kaksi toisistaan sähköeristetysti ja edullisesti myös lämpöeristetysti erilleen sijoitettua metallilevyä.Referring to Figure 1, there is shown an embodiment of a building element 1 according to the present invention. In this embodiment, the building element 1 is an insulated building panel, such as a sandwich panel, comprising a first surface panel 2 and a second surface panel 4 and insulating material 16 therebetween. 2, 4 are mounted such that they are electrically insulated from one another and preferably also thermally insulated from one another. The surface plates 2, 4 are made of metal and preferably are made of a thin sheet such as steel sheet. The insulating material 10 is secured to the inner surfaces of the face plates 2, 4 on opposite surfaces, for example by gluing. It should be noted, however, that there is not necessarily an insulating material 10 between the plates 2, 4, but simply an air gap 15 or some other electrically insulating material between the plates 2, 4. Furthermore, the distance between the plates 2, 4 may vary in different applications. In other words, the present invention can be applied to any building element comprising two metal plates spaced apart electrically and preferably also thermally insulated.

20 Esillä olevan keksinnön mukaisesti ensimmäinen ja toinen pintalevy 2, 4 on kytketty toisiinsa yhdellä tai useammalla puolijohde-elementillä 6, 8. Puolijohde-elementit voivat olla kuvion 1 mukaisia sauvoja tai tankoja, palkkeja tai muun muotoisia tai kokoisia kappaleita, jotka on asennettu ensimmäisen ja toisen pintalevyn 2, 4 välille. Puolijohde-elementeissä voidaan käyttää mitä ta-25 hansa puolijohdemateriaalia, kuten pii tai germaniumia. Lisäksi puolijohde-elementit voivat olla puhtaita puolijohteita, yhtä tai useampaan puolijohdetta käsittäviä seosmateriaaleja tai seostettuja puolijohteita. Seosmateriaalit voivat olla esimerkiksi metalleja, joihin on seostettu puolijohdetta, metallien ollessa eri metallia kuin pintalevyt 2, 4. Seostetuissa puolijohteissa puolijohdemateriaaliin 30 on seostettu jotakin muuta materiaalia haluttujen ominaisuuksien tai materiaalin rakenteen saavuttamiseksi. Lisäksi puolijohde-elementit on aikaansaatu sovelluksesta riippuen joko p-tyypin tai n-tyypin puolijohteeksi. Yhdessä raken-nuselementissä voi olla p-tyypin puolijohde-elementtejä tai n-tyypin puolijohde-elementtejä tai vaihtoehtoisesti sekä p-tyypin että n-tyypin puolijohde-35 elementtejä.According to the present invention, the first and second surface plates 2, 4 are connected to one another by one or more semiconductor elements 6, 8. The semiconductor elements may be rods or bars, beams or other shapes or sizes of FIG. between the second surface plate 2, 4. Any kind of semiconductor material such as silicon or germanium can be used in semiconductor elements. In addition, the semiconductor elements may be pure semiconductors, doped alloy materials containing one or more semiconductors, or doped semiconductors. Alloy materials may be, for example, metals doped with a semiconductor, the metals being different from the surface plates 2, 4. In doped semiconductors, another material is doped with the semiconductor material 30 to achieve the desired properties or material structure. In addition, semiconductor elements are provided as either p-type or n-type semiconductor, depending on the application. One building element may comprise p-type semiconductor elements or n-type semiconductor elements, or alternatively both p-type and n-type semiconductor elements.

44

Kuvion 1 mukaisessa ratkaisussa puolijohde-elementit 6, 8 on ra-kennuselementin 1 sisälle siten, että ne lävistävät rakennuselementin 1 ja ulottuvat ensimmäisen ja toisen pintalevyn 2, 4 välillä. Tällaiset puolijohde-elementit 6, 8 voidaan asentaa rakennuselementtiin 1 sen valmistamisen aika-5 na, esimerkiksi ennen tai jälkeen eristemateriaalin 10 asentamisen, tai vaihtoehtoisesti rakennuselementin 1 valmistamisen jälkeen, jolloin sauvamaiset puolijohde-elementit 6, 8 voidaan työntää rakennuselementin 1 läpi siten, että ne yhdistävät ensimmäisen ja toisen pintalevyn 2, 4. Rakennuselementin 1 sisälle asennettuja puolijohde-elementtejä 6, 8 voi olla yksi tai useampia sovel-10 luksen ja kulloisenkin tarpeen mukaan. Lisäksi puolijohde-elementit 6, 8 voi olla kaikki joko p-tyypin tai n-tyypin puolijohteita tai vaihtoehtoisesti ne käsittävät ainakin yhden n-tyypin puolijohde-elementin ja ainakin yhden p-tyypin puolijohde-elementin.In the solution of Fig. 1, the semiconductor elements 6, 8 are located inside the building element 1 such that they penetrate the building element 1 and extend between the first and second surface plates 2, 4. Such semiconductor elements 6, 8 may be mounted on the building element 1 during manufacture thereof, for example before or after installation of the insulating material 10, or alternatively after the construction element 1, whereby the rod-shaped semiconductor elements 6, 8 may be inserted through the building element 1 connecting the first and second surface plates 2, 4. The semiconductor elements 6, 8 mounted inside the building element 1 may be one or more depending on the application and the particular need. Further, the semiconductor elements 6, 8 may all be either p-type or n-type semiconductors, or alternatively they may comprise at least one n-type semiconductor element and at least one p-type semiconductor element.

Kuviossa 2 on esitetty toinen suoritusmuoto puolijohde-elementtien 15 7, 9 sijoittamiseksi rakennuselementtiin 1. Tässä suoritusmuodossa puolijoh de-elementit 7, 9 on asetettu rakennuselementin 1 sivureunoille kuvion 2 mukaisesti. Tällöin puolijohde-elementit 7, 9 kytkevät pintalevyt 2, 4 toisiinsa yhdeltä tai useammalta sivureunalta. Toisin sanoen ainakin yhdelle rakennus-elementin 1 sivureunalle on asennettu yksi tai useampi puolijohde-elementti 7, 20 9 siten, että se yhdistää ensimmäisen ja toisen levyn 2, 4. Rakennuselementin 1 sivureunoille asennetut puolijohde-elementit 7, 9 voivat olla kaikki joko n-tyypin tai p-tyypin puolijohteita tai vaihtoehtoisesti yhdellä sivureunalla voi olla yksi tai useampi p-tyypin puolijohde-elementti ja yhdellä sivureunalla voi olla yksi tai useampi n-tyypin puolijohde-elementti. Lisäksi yhdellä sivureunalla voi 25 joissakin tapauksissa olla sekä n-tyypin että p-tyypin puolijohde-elementtejä. Vaikka kuviossa 2 onkin esitetty, että puolijohde-elementtejä 7, 9 on vain kahdella rakennuselementin 1 sivureunalla, on puolijohde-elementtejä mahdollista sijoittaa myös kaikille rakennuselementin 1 sivureunoille. Edullisessa suoritusmuodossa, joka on esitetty kuviossa 2, rakennuselementti 1 käsittää ainakin 30 kahdella sivureunallaan ensimmäiseen ja/tai toiseen levyyn 2, 4 aikaansaadut ponttimuodot 12, 14 rakennuselementin 1 liittämiseksi toisen vastaavan rakennuselementin kanssa. Ainakin yksi ponttimuodoista 12, 14 voidaan varustaa ainakin yhdellä puolijohde-elementillä 7, 9. Tällöin puolijohde-elementit 7, 9 jäävät piiloon kahden vierekkäisen rakennuselementin 1 väliseen liitokseen tai 35 väliin. Lisäksi nämä sivureunoihin asennetut puolijohde-elementit 7, 9 voivat olla yhteisiä vierekkäisille rakennuselementeille 1, kun ne yhdistävät molempi- 5 en vierekkäisten rakennuselementtien 1 ensimmäisen ja toisen pintalevyn 2, 4. Tässä suoritusmuodossa puolijohde-elementit 7, 9 on edullisesti asetettu ulottumaan pitkin rakennuselementin 1 sivureunoja tai ponttimuotoja 12, 14, ja edullisesti olennaisesti koko sivureunan tai ponttimuodon 12, 14 pituudella. Si-5 vureunoihin asennettavat puolijohde-elementit 7, 9 voivat olla esimerkiksi ohuita levymäisiä tai kaistalemaisia, jotka on sovitettu sivureunojen tai ponttimuoto-jen 12, 14 mittoihin ja muotoihin.Figure 2 shows another embodiment for positioning the semiconductor elements 15 7, 9 in the building element 1. In this embodiment, the semiconductor elements 7, 9 are positioned on the side edges of the building element 1 as shown in Figure 2. Hereby, the semiconductor elements 7, 9 connect the surface plates 2, 4 from one or more side edges. That is, one or more semiconductor elements 7, 20 9 are mounted on at least one side edge of the building element 1 so as to connect the first and second plates 2, 4. The semiconductor elements 7, 9 mounted on the side edges of the building element 1 type or p-type semiconductors, or alternatively one side edge may have one or more p-type semiconductor elements and one side edge may have one or more n-type semiconductor elements. In addition, one side edge may in some cases have both n-type and p-type semiconductor elements. Although it is shown in Fig. 2 that the semiconductor elements 7, 9 have only two lateral edges of the building element 1, it is also possible to place the semiconductor elements on all the lateral edges of the building element 1. In the preferred embodiment shown in Figure 2, the building element 1 comprises at least 30 tongue shapes 12, 14 provided on the first and / or second plate 2, 4 with at least two lateral edges for connecting the building element 1 with the second corresponding building element. At least one of the tongue shapes 12, 14 may be provided with at least one semiconductor element 7, 9. In this case, the semiconductor elements 7, 9 will be hidden in the connection or between 35 adjacent building elements 1. In addition, these side-mounted semiconductor elements 7, 9 may be common to adjacent building elements 1 when they connect the first and second surface plates 2, 4 of both adjacent building elements 1. In this embodiment, the semiconductor elements 7, 9 are side edges or tongue shapes 12, 14, and preferably substantially the entire length of the lateral edge or tongue shape 12, 14. For example, the semiconductor elements 7, 9 to be mounted on the rib edges of the Si-5 may be thin plate-like or strip-shaped, adapted to the dimensions and shapes of the side edges or tongue shapes 12, 14.

Rakennuselementin 1 pintalevyjen 1 ja puolijohde-elementtien 6, 7, 8, 9 välisten liitosten avulla rakennuselementistä 1 aikaansaadaan lämpösäh-10 köinen moduuli. Lämpösähköisessä moduulissa syntyy sähkövirta tai jännite kun kahden eri metallin tai metallin ja puolijohteen välillä on lämpötilaero, koska eri metallit tai metallit ja puolijohteet reagoivat lämpötilaeroihin eri tavalla. Keksinnön mukaisessa rakennuselementissä tällainen lämpösähköinen moduuli syntyy, kun ensimmäinen ja toinen pintalevy 2, 4 ovat erilämpötiloissa 15 niiden ollessa yhdistettynä toisiinsa puolijohde-elementtien 6, 7, 8, 9 avulla. Mikäli ensimmäinen ja toinen pintalevy 2, 4 on yhdistetty toisiinsa ainoastaan käyttäen joko n-tyypin tai p-tyypin puolijohteita syntyy ensimmäisen ja toisen pintalevyn 2 välille jännite-ero, mutta mikäli ensimmäinen ja toinen pintalevy 2, 4 on yhdistetty toisiinsa käyttäen sekä n-tyypin että p-tyypin puolijohteita syn-20 tyy virtapiiri, jossa puolijohteiden kautta kulkee virta. Jännite-ero ja virta on verrannollisia ensimmäisen ja toisen pintalevyn 2, 4 väliseen lämpötilaeroon. Toisin sanoen esillä olevan keksinnön mukaisesti ensimmäinen ja toinen pintalevy 2, 4 toimivat lämpösähköisen moduulin elektrodeina. Toisin sanoen lämpösähköisessä moduulissa elektrodien lämpötilaerolla voidaan synnyttää jännite tai 25 sähkövirta.By means of the connections between the surface plates 1 of the building element 1 and the semiconductor elements 6, 7, 8, 9, a thermoelectric module is formed from the building element 1. An electric current or voltage is generated in a thermoelectric module when there is a temperature difference between two different metals or between a metal and a semiconductor because different metals or metals and semiconductors react differently to temperature differences. In the building element according to the invention, such a thermoelectric module is created when the first and second surface plates 2, 4 are at different temperatures 15, when they are interconnected by means of semiconductor elements 6, 7, 8, 9. If the first and second surface plates 2, 4 are connected to each other only using either n-type or p-type semiconductors, a voltage difference occurs between the first and second surface plates 2, but if the first and second surface plates 2, 4 are connected to each other that p-type semiconductors syn-20 is a circuit in which semiconductors pass through current. The voltage difference and the current are proportional to the temperature difference between the first and second surface plates 2, 4. In other words, according to the present invention, the first and second surface plates 2, 4 serve as electrodes for the thermoelectric module. In other words, in a thermoelectric module, a voltage or an electric current can be generated by the temperature difference between the electrodes.

Edellinen ilmiö voidaan aikaansaada käänteiseksi, kun lämpösäh-köiseen moduuliin yhdistetään virtalähde. Tällaista moduulia kutsutaan yleisesti Peltierin moduuliksi. Tässä Peltierin moduulissa virtalähteen avulla voidaan elektrodien, esillä olevassa keksinnössä pintalevyjen 2, 4, välille aikaansaada 30 lämpötilaero. Tätä lämpötila eroa voidaan edelleen hyödyntää keksinnön mukaisesti rakennuksen lämmityksessä tai jäähdytyksessä. Edellisen mukaisesti esillä olevassa keksinnössä rakennuselementistä itsestään on aikaansaatu lämpösähköinen moduuli tai Peltierin moduuli.The above phenomenon can be reversed when a power supply is connected to the thermoelectric module. Such a module is commonly called a Peltier module. In this Peltier module, a temperature difference between the electrodes, in the present invention, between the surface plates 2, 4 can be achieved by means of a power supply. This temperature difference can be further utilized according to the invention for heating or cooling a building. Accordingly, the present invention provides a thermoelectric module or a Peltier module of the building element itself.

Keksinnön mukaisen rakennuksen lämmityksen tai jäähdytyksen ai-35 kaansaamiseksi rakennuselementtiin 1 on kytketty virtalähde (ei esitetty), jonka positiivinen napa on kytketty ensimmäiseen levyyn 2 ja negatiivinen napa toi- 6 seen levyyn 4, ja että ensimmäinen ja toinen levy 2, 4 on kytketty toisiinsa yhdellä tai useammalla n-tyypin tai p-tyypin puolijohde-elementillä 6, 8, 7, 9 Pel-tier-moduulin muodostamiseksi ja lämpötilaeron synnyttämiseksi ensimmäisen ja toinen levyn 2, 4 välille. N-tyypin puolijohteessa elektronit liikkuvat vastak-5 kaiseen suuntaan sähkövirtaan verrattuna, eli tässä tapauksessa toisesta levystä 4 ensimmäiseen levyyn 2. Täten, jos ensimmäinen ja toinen levy 2, 4 on yhdistetty toisiinsa käyttäen ainoastaan n-tyypin puolijohde-elementtejä 6, 8 saadaan toinen levy 4 jäähdytettyä, kun ensimmäisen ja toisen levyn 2, 4 välille syntyy lämpötila ero. Sama vaikutus aikaansaadaan käyttämällä ainoastaan 10 p-tyypin puolijohde-elementtejä, jolloin p-tyypin puolijohteessa olevat aukot liikkuvat virransuunnassa. Mikäli virtalähteen kytkentää muutetaan siten, että positiivinen napa on kytketty toiseen levyyn 4 ja negatiivinen napa ensimmäiseen levyyn 2, saadaan ensimmäistä levyä 2 jäähdytettyä ja toista levyä 4 lämmitettyä. Toisin sanoen virtalähteen yhteyteen voidaan aikaansaada ohja-15 usvälineet tai termostaatin Peltier-moduulin lämmitys-/jäähdytyssuunnan muuttamiseksi ja/tai virtalähteen napaisuuden vaihtamiseksi ja/tai ensimmäisen ja toisen levyn 2, 4 välisen lämpötilaeron tai lämpötilan säätämiseksi. Toisin sanoen ohjausvälineet tai termostatti voi olla sovitettu vaihtamaan virtalähteen napaisuus ja/tai säätämään virtalähteestä johdettavaa virtaa.In order to provide heating or cooling of the building according to the invention, a power supply (not shown) is connected to the building element 1 having a positive terminal connected to the first plate 2 and a negative terminal 6 to the second plate 4 with one or more n-type or p-type semiconductor elements 6, 8, 7, 9 to form a Pel-tier module and generate a temperature difference between the first and second plates 2, 4. In an N-type semiconductor, the electrons move in opposite directions relative to the electric current, i.e. in this case from the second plate 4 to the first plate 2. Thus, if the first and second plates 2, 4 are connected using only n-type semiconductor elements 6, 8 the plate 4 having been cooled when a temperature difference arises between the first and second plates 2, 4. The same effect is achieved by using only 10 p-type semiconductor elements, whereby the apertures in the p-type semiconductor move in the current direction. If the power supply circuit is changed such that the positive terminal is connected to the second plate 4 and the negative terminal to the first plate 2, the first plate 2 is cooled and the second plate 4 is heated. In other words, control means or a thermostat may be provided in connection with the power supply to change the heating / cooling direction of the Peltier module and / or to reverse the power supply polarity and / or to adjust the temperature difference or temperature between the first and second plates. In other words, the control means or thermostat may be adapted to change the polarity of the power supply and / or to adjust the current supplied from the power supply.

20 Kuviossa 3 on esitetty eräs toinen suoritusmuoto esillä olevasta keksinnöstä. Tässä suoritusmuodossa rakennuselementin 1 ensimmäinen levy 2 on jaettu ensimmäiseen ja toiseen sähköisesti toisistaan eristettyyn levy-osaan 18, 20. Rakennuselementtiin 1 on edelleen kytketty virtalähde, jonka positiivinen napa on kytketty ensimmäiseen levyosaan 18 ja negatiivinen napa 25 toiseen levyosaan 20. Ensimmäinen levyosa 18 on kytketty toiseen levyyn 4 yhdellä tai useammalla n-tyypin puolijohde-elementillä 8 ja toinen levyosa 20 on kytketty toiseen levyyn 4 yhdellä tai useammalla p-tyypin puolijohde-elementillä 6 Peltier-moduulin muodostamiseksi ja lämpötilaeron synnyttämiseksi ensimmäisen levyn levyosien 18, 20 ja toisen levyn 2, 4 välille. Myös 30 tässä suoritusmuodossa virtalähteen yhteyteen voidaan edellisen mukaisesti kytkeä ohjausvälineet tai termostaatti. Ensimmäinen levy 2 voidaan jakaa levy-osiin 18, 20 esimerkiksi kahteen osaan joko rakennuselementin 1 valmistuksen yhteydessä tai sen jälkeen. Tällöin levyosien 18, 20 väliin voidaan edelleen asettaa esimerkiksi tiivistemateriaalia, kuten tiivistenauha.Figure 3 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the first plate 2 of the building element 1 is divided into first and second electrically insulated plate members 18, 20. A power source is further connected to the building element 1 with a positive terminal connected to the first plate portion 18 and a negative terminal 25 to the second plate portion 20. a second plate 4 with one or more n-type semiconductor elements 8 and a second plate portion 20 coupled to the second plate 4 with one or more p-type semiconductor elements 6 to form a Peltier module and generate a temperature difference between the first plate plate portions 18, 20 and 4. Also, in this embodiment, control means or a thermostat may be connected to the power supply as described above. The first sheet 2 may be divided into sheet sections 18, 20, for example into two sections, either during or after the manufacture of the building element 1. Hereby, for example, a sealing material, such as a sealing strip, may be further inserted between the plate portions 18, 20.

35 Edellisissä suoritusmuodoissa Peltierin moduuli on aikaansaatu yh destä yksittäisestä rakennuselementistä 1. Toisin sanoen rakennuselementti 1 7 on muodostanut erillisen Peltierin moduulin. On kuitenkin mahdollista kytkeä kaksi tai useampia rakennuselementtejä yhteen siten, että ne yhdessä muodostavat Peltierin moduulin. Eräässä tällaisessa ratkaisussa rakennuselemen-tin 1 ensimmäinen levy 2 on sovitettu kytkettäväksi sähköä eristävästi viereisen 5 vastaavan rakennuselementin ensimmäisen levyn kanssa. Rakennuselementin 1 toinen levy 4 on edelleen sovitettu kytkettäväksi sähköä johtavasti viereisen vastaavan rakennuselementin toisen levyn kanssa. Lisäksi rakennuselementin 1 ensimmäinen ja toinen levy 2, 4 on kytketty toisiinsa yhdellä tai useammalla n-tyypin puolijohde-elementillä ja viereisen rakennuselementin ensimmäinen ja 10 toinen levy on kytketty toisiinsa yhdellä tai useammalla p-tyypin puolijohde-elementillä. Virtalähteen positiivinen napa on kytketty rakennuselementin 1 ensimmäiseen levyyn 2 ja virtalähteen negatiivinen napa on kytketty viereisen rakennuselementin ensimmäiseen levyyn Peltier-moduulin muodostamiseksi ja lämpötilaeron synnyttämiseksi rakennuselementtien ensimmäisen ja toinen le-15 vyn 2, 4 välille. Täten tässä suoritusmuodossa vierekkäisten rakennuselementtien ensimmäisten levyjen kytkeminen toisiinsa sähköä eristävästi vastaa kuvion 3 mukaista ensimmäisen levyn 2 jakamista kahteen osaan. Vierekkäisten rakennuselementtien 1 asentaminen siten, että ensimmäiset levyt 2 kytkeytyvät sähköä eristävästi toisiinsa voidaan toteuttaa asentamalla ainakin toisen 20 rakennuselementin ensimmäiseen levyyn tiiviste. Vaihtoehtoisesti vierekkäisten rakennuselementtien liitokseen voidaan asennuksen aikana laittaa tiiviste, joka estää ensimmäisiä levyjä 2 kytkeytymästä toisiinsa sähköä johtavasti. Samalla tavalla vierekkäisten rakennuselementtien toiset levyt voidaan muodostaa ja kytketä siten, että ne ovat sähköjohtavassa kytkennässä toistensa 25 kanssa.35 In the foregoing embodiments, the Peltier module is provided by one single building element 1. In other words, the building element 17 has formed a separate Peltier module. However, it is possible to connect two or more building elements together to form a Peltier module. In one such solution, the first plate 2 of the building element 1 is arranged to be electrically insulated with the first plate of the corresponding building element 5 adjacent. The second plate 4 of the building element 1 is further arranged to be electrically conductive with the second plate of the adjacent corresponding building element. Further, the first and second plates 2, 4 of the building element 1 are interconnected by one or more n-type semiconductor elements and the first and second plates of the adjacent building element 1 are connected by one or more p-type semiconductor elements. The positive terminal of the power supply is connected to the first plate 2 of the building element 1 and the negative terminal of the power source is connected to the first plate of the adjacent building element to form the Peltier module and generate a temperature difference between the first and second le-15 winds 2, 4. Thus, in this embodiment, electrically insulating the first panels of adjacent building elements corresponds to dividing the first panel 2 into two parts according to FIG. The installation of adjacent building elements 1 such that the first panels 2 are electrically insulating with one another can be accomplished by installing a seal on the first panel of at least the second building element 20. Alternatively, a gasket may be provided at the junction of adjacent building elements to prevent the first plates 2 from being electrically connected. Similarly, the other panels of adjacent building elements may be formed and connected such that they are electrically conductive to each other.

Edellisissä suoritusmuodoissa on huomioitava, että myös toinen levy 4 voidaan vaihtoehtoisesti jakaa kahteen osaan tai vierekkäisten rakennus-elementtien toiset levyt voidaan eristää tosistaan sähköisesti kun taas ensimmäiset levyt on kytketty sähköä johtavasti toisiinsa. Lisäksi virtalähteen yhtey-30 dessä olevia ohjausvälineitä tai termostaattia voidaan käyttää kaikkien suoritusmuotojen yhteydessä halutulla tavalla. Edelleen on kuvion 3 mukaisen järjestelyn avulla kytkeä kokonaisen seinän rakennuselementit yhteen siten, että muodostuu useita sarjassa olevia Peltierin moduuleja, joita voidaan käyttää yhdellä virtalähteellä. Tällöin vuorotellen vierekkäisten rakennuselementtien 35 ensimmäiset ja toiset pintalevyt kytketään toisiinsa sähköä johtavasti tai säh-köeristetysti.In the foregoing embodiments, it is to be noted that the second plate 4 may alternatively be divided into two parts or the other plates of adjacent building elements may be electrically insulated from one another while the first plates are electrically connected to each other. Further, the control means or thermostat in connection with the power supply may be used in any embodiment in any desired manner. Further, by means of the arrangement of Fig. 3, the elements of a complete wall are interconnected so as to form a plurality of Peltier modules in series that can be operated by a single power supply. Hereby, the first and second surface panels of the adjacent building elements 35 are alternately electrically or electrically insulated.

88

Virtalähteenä voidaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa käyttää mitä tahansa rakennuselementtiin kytkettävissä olevaa virtalähdettä, edullisesti tasavirtalähdettä. Eräässä suoritusmuodossa virtalähde on aurinkopaneeli (ei esitetty), joka on asennettu rakennuselementin 1 ensimmäiselle levylle 2, joka 5 muodostaa rakennuslevyn 1 julkisivupinnan. Käyttämällä aurinkopaneelia virtalähteenä, on kustakin rakennuselementistä 1 tai kahden tai useamman rakennuselementin kokoonpanosta mahdollista aikaansaada täysin itsenäisesti toimiva Peltierin moduuli.In the solution according to the invention, any power source which can be connected to the building element, preferably a DC power source, can be used as the power source. In one embodiment, the power source is a solar panel (not shown) mounted on the first panel 2 of the building element 1, which 5 forms the facade surface of the building panel 1. By using the solar panel as a power source, it is possible to create a fully independent Peltier module from each of the building elements, or from the assembly of two or more building elements.

Rakennuselementti 1 voidaan varustaa edelleen yhdellä tai useam-10 maila lämmönvaraajalla tai lämmöntasaajalla Peltierin moduulilla synnytetyn lämpö- ja/tai kylmäenergian väliaikaista varastoimista ja luovuttamista varten. Lämmöntasaaja voi olla esimerkiksi elementti, jolla on hyvä lämmönvarastointi ominaisuus. Eräs vaihtoehto on käyttää lämmöntasaajassa tai lämmönvaraa-jassa faasinvaihtomateriaalia. Edullisessa ratkaisussa lämmönvaraaja tai läm-15 möntasaaja on levymäinen osa, joka on sijoitettu lämmönsiirtoyhteyteen ensimmäisen ja/tai toisen levyn 2, 4 kanssa. Tällainen levymäinen osa voi olla sijoitettu ensimmäisen ja/tai toisen levyn 2, 4 sisä- tai ulkopuolelle.The building element 1 may be further provided with one or more 10 miles of heat sink or heat sink for the temporary storage and release of heat and / or cold energy generated by the Peltier module. For example, the heat sink may be an element having a good heat storage property. One alternative is to use phase change material in the heat sink or heat sink. In a preferred embodiment, the heat accumulator or heat sink is a plate-like part disposed in heat transfer communication with the first and / or second plate 2, 4. Such a plate-like portion may be disposed inside or outside the first and / or second plates 2, 4.

Edellisissä suoritusmuodoissa rakennuselementti 1 on kuvattu eristettynä rakennuspaneelina tai sandwich-paneelina, mutta rakennuselementti 20 voi olla mikä tahansa rakennuselementti, joka käsittää ensimmäisen ja toisen levyn, jotka on asetettu sähköisesti erilleen toisistaan.In the above embodiments, the building element 1 is described as an insulated building panel or sandwich panel, but the building element 20 may be any building element comprising first and second panels electrically spaced from one another.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel-25 la patenttivaatimusten puitteissa.It will be obvious to a person skilled in the art that as technology advances, the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.

Claims

A building element (1) comprising a first and a second sheet (2, 4) of metal, spaced substantially electrically and thermally insulated, characterized in that the first and second sheet (2, 4) are connected. with one or more semiconductor elements (6, 8; 7, 9) to provide a thermoelectric module from the building element (1).

A building element (1) according to claim 1, characterized in that the semiconductor elements comprise at least one p-type semiconductor (6; 7) and / or at least one n-type semiconductor (8; 9).

Building element (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor elements (6, 8; 7, 9) are disposed inside the building element (1) between the first and second plates (2, 4).

A building element (1) according to claim 3, characterized in that the semiconductor elements (6, 8; 7, 9) are rods, rods or the like.

The building element (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one semiconductor element (7, 9) is disposed on the side edge of the building element (1) so as to connect the first element. and a second plate (2, 4).

Building element (1) according to Claim 5, characterized in that the building element (1) comprises tongue shapes (12, 14) provided with at least two side edges on the first and / or second plate (2, 4) for joining the second corresponding building element. 25, and that at least one of the tongue shapes (12, 14) is provided with at least one semiconductor element (7, 9).

Building element (1) according to claim 6, characterized in that the semiconductor elements (7, 9) extend along the tongue shapes (12, 14) over substantially the entire length of the tongue shape.

A building element (1) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that an insulating material (10) or an insulating air gap is provided between the first and second panels (2, 4).

The building element (1) according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a current source is connected to the building element (1), the positive terminal of which is connected to the first plate (2) and the negative terminal to the second plate (4). ), and that the first and second plates (2, 4) are interconnected by one or more n-type or p-type semiconductor elements (6, 8; 7, 9) to form a Peltier module and generate a temperature difference between the first and second plates. (2, 4).

The building element (1) according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the first plate (2) of the building element (1) is divided into first and second electrically insulated plate members (18, 20), and that a power supply is connected to the building element (1) having a positive terminal connected to the first plate portion (18) and a negative terminal to the second plate portion (20) and that the first plate portion (18) is connected to the second 10 plate (4) by one or more n-type semiconductors element (8; 9) and a second plate part (20) connected to the second plate (4) by one or more p-type semiconductor elements (6; 7) to form a Peltier module and generate a temperature difference between the first and second plate (2, 4). between.

Building element (1) according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the first plate (2) of the building element (1) is arranged to be electrically insulated with the first plate of the corresponding building element adjacent to the building element (1). ) a second plate (4) arranged to be electrically conductive with a second plate of a corresponding building element adjacent to it so that the first and second plates of the building element (1) are interconnected by one or more n-type semiconductor elements (6, 8; 7). , 9) that the first and second plates of an adjacent building element are interconnected by one or more p-type semiconductor elements, and that the positive terminal of the power supply is connected to the first plate (2) of the building element (1); build to form the Peltier module and generate the temperature difference between the first and second plates (2, 4) of the cements.

Building element (1) according to one of the preceding claims 9 to 11, characterized in that the power source is a solar panel mounted on a first panel (2) of the building element (1) forming a facade surface of the building panel (1).

The building element (1) according to any one of claims 9 to 12, characterized in that it further comprises control means connected to the power supply or a thermostat for changing the heating / cooling direction of the Peltier module and / or changing the polarity of the power supply. and / or to adjust the temperature difference or temperature between the first and second plates (2, 4).

Building element (1) according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that it comprises a heat accumulator or a heat sink for the temporary storage and release of heat and / or cold energy.

The building element (1) according to claim 14, characterized in that the heat accumulator or heat equalizer comprises a phase change material.

Building element (1) according to Claim 14 or 15, characterized in that the heat reservoir or heat equalizer is a plate-like part disposed in a heat transfer connection with the first and / or second plate (2, 4).

Building element (1) according to one of Claims 1 to 16, characterized in that the building element (1) is an insulated building panel or a sandwich panel.

Building element (1) according to one of the preceding claims 1 to 17, characterized in that the semiconductor element (6, 8; 7, 9) is formed from a semiconductor or a doped semiconductor material or from a doped semiconductor.

Use of the first and second metal (1, 2) plates formed from the metal, which are substantially electrically and thermally insulated, as electrodes of the thermoelectric module or the Peltier module. 25