WO2011095468A2 - Isolator, wärmetauscher und verfahren zum betrieb eines wärmetauschers - Google Patents

Isolator, wärmetauscher und verfahren zum betrieb eines wärmetauschers Download PDF

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WO2011095468A2
WO2011095468A2 PCT/EP2011/051354 EP2011051354W WO2011095468A2 WO 2011095468 A2 WO2011095468 A2 WO 2011095468A2 EP 2011051354 W EP2011051354 W EP 2011051354W WO 2011095468 A2 WO2011095468 A2 WO 2011095468A2
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thermally active
insulator
control device
medium
heat exchanger
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Urs A. Weidmann
Reto Holzner
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Mentus Holding Ag
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
    • F25B2321/021—Control thereof
    • F25B2321/0212—Control thereof of electric power, current or voltage

Definitions

  • the invention relates to a thermal insulator, a heat exchanger with thermally active insulators and a method for operating a heat exchanger with such insulators.
  • Heat exchangers are used, for example, to exchange heat between the exhaust air discharged from a room and the fresh air supplied to the room. In winter, when the exhaust air is warmer than the fresh air, the heat contained in the exhaust air is transferred to the fresh air, so that it must be heated less. in the
  • the fresh air or the exhaust air is passed through a bypass on the heat exchanger during the summer during the summer operation.
  • the invention has for its object to develop a solution without a bypass.
  • the result of the invention is on the one hand an insulator comprising at least one thermally active insulator having two surfaces, between which a plurality of
  • thermoelectric transducers are arranged, and a control device which applies an electric current to the thermoelectric converters of the at least one thermally active insulator and which has an operating mode in which it controls the flow through the thermoelectric converter flowing current such that no heat transfer from the a surface to the other surface of the at least one thermally active insulator takes place.
  • the result of the invention is a device with a
  • Heat exchangers the first exchange spaces, which are traversed by a first medium, and second exchange spaces, which are traversed by a second medium comprises, wherein the first exchange spaces and the second exchange spaces are separated by thermally active insulators having two surfaces between which a variety of thermoelectric transducers are arranged.
  • the device further comprises a
  • Control device at least a first temperature sensor for detecting a
  • Control device to be supplied.
  • the control device is set up to operate the thermally active isolators in different operating modes, the control device, in one of the operating modes, controlling a current flowing through the thermoelectric converters such that no heat transfer takes place from one surface to the other surface of the thermally active isolators.
  • the invention relates to a method for operating a heat exchanger with first exchange spaces, which are traversed by a first medium, and second exchange spaces, which are traversed by a second medium, wherein the first and second exchange spaces are separated by thermally active isolators, in the method, the current flowing through the thermoelectric converters is controlled such that no heat transfer takes place from one surface to the other surface of the thermally active insulators.
  • thermoelectric converters are in particular Peltier elements.
  • Fig. 1, 2 show in plan view and in cross section with a thermally active insulator
  • FIG. 5 shows a further thermally active insulator with Peltier elements
  • FIG. 6 shows a further heat exchanger
  • Fig. 1 shows a thermally active insulator 1 in a plan view
  • Fig. 2 shows the thermally active insulator 1 in a preferred embodiment in cross-section, ie
  • the thermally active insulator 1 has in this example a flat shape, i. its dimensions in two dimensions are greater than its dimension in the direction perpendicular to said dimensions by at least a factor of 10, as a rule by at least a factor of 100.
  • the thermally active insulator 1 is in the form of a thin rectangular plate.
  • the thermally active insulator 1 may also have the shape of any two-dimensional surface.
  • the thermally active insulator 1 contains thermoelectric transducers, namely a multiplicity of Peltier elements 2.
  • Peltier elements 2 are thermoelectric transducers which make it possible, by means of an electric current, to transfer heat from the one surface 3 of the thermally active insulator 1 to the opposite surface 4, or vice versa. to transport, ie either the surface 3 or the surface 4 with simultaneous heating of the other surface 4 or 3 to cool.
  • the thermally active insulator 1 comprises two mutually parallel support 5, between which the Peltier elements 2 are arranged.
  • the carriers 5 form the two surfaces 3 and 4. They are, for example, foils which are provided with electrical conductor tracks 6 in order to electrically connect the Peltier elements 2.
  • a plurality of Peltier elements 2 are electrically connected in series.
  • the Peltier elements 2 are thin layers which consist of a material with an n-doping or with a p-doping. The direction of the DC current flowing during operation through the Peltier elements 2 depends on the doping of the Peltier elements 2.
  • the n-doped Peltier elements 2 and the p-doped Peltier elements 2 are therefore wired to the conductor tracks 6 in such a way that the direction of the technical electrical current passes through the n-doped Peltier elements 2 is opposite to the direction through the p-doped Peltier elements 2, so that in operation all Peltier elements 2 transport heat in the same direction.
  • the interstices between the Peltier elements 2 are advantageously at least partially filled with a foam-like, electrically insulating material 7, which prevents the air circulation within the interstices and thus acts as a thermally passive insulator.
  • the Peltier elements 2 can be applied to the carrier 5, for example, by vapor deposition or sputtering.
  • the thermally active insulator 1 can be bent and bent almost as desired.
  • the thermally active insulator 1 has at least two electrical terminals 8, to which a control device 9 can be connected to supply the Peltier elements 2 with an electric current.
  • the control device 9 can, for example, within or be mounted on the thermally active insulator 1.
  • the control device 9 is connected to temperature sensors so that it can control the thermally active isolator 1.
  • control device 9 and at least one thermally active isolator 1 together form an insulator according to the invention.
  • Fig. 3 shows an embodiment of the electrical wiring of
  • Peltier elements 2 are fed by the control device 9 with electrical energy, for example by applying an electric current.
  • several of the Peltier elements 2 are combined electrically into a block 10, wherein the blocks 10 are supplied individually by the control device 9 with electrical energy.
  • eight Peltier elements 2 are combined into one block 10 and a total of five blocks 10 are present.
  • the number of Peltier elements 2 per block 10 and the number of blocks 10 is not limited to these example values. Arrows indicate the direction of the current flowing from the control device 9 to one of the blocks 10, through the Peltier elements 2 of the block 10, and back to
  • Control device 9 flows. Accordingly, in this embodiment, ten terminals 8 are provided, via which the thermally active insulator 1 is connected to the control device 9.
  • Fig. 4 shows in cross section a heat exchanger 11 for the exchange of heat between a first medium and a second medium.
  • medium is meant a gas, e.g., air, or a liquid, and such a medium is also referred to as a fluid.
  • the heat exchanger comprises first exchange chambers 12, which are flowed through by the first medium, and second exchange spaces 13, which are flowed through by the second medium, and heat exchanging, spaced parallel to each other thermally active insulators 1, each of the thermally active insulators 1 a the first exchange spaces 12 of one of the second exchange spaces 13 separates.
  • the thermally active isolators 1 are shown to be wider than they are in reality.
  • the flow direction of the two media is perpendicular to the plane, with advantage the two media flow in the opposite direction.
  • two exchange spaces 12 for the first medium and three exchange spaces 13 for the second medium are present, but the number of exchange spaces 12, 13 is usually larger.
  • the exchange spaces 12 facing surfaces of the thermally active insulators 1 are denoted by the reference numeral. 3 designated, the exchange spaces 13 facing surfaces by the reference numeral 4 and the controller 9 and the insulators 1 are wired accordingly.
  • a common control device 9 for all thermally active insulators 1 is set up to operate the thermally active insulators 1 of the heat exchanger 11 in different operating modes, of which the most important are listed below. It is assumed that fresh air to be supplied to a room flows through the exchange spaces 12 and exhaust air to be discharged from the room through the exchange spaces 13. The first medium, i. the fresh air, therefore, flows on the surfaces 3, the second medium, i. the exhaust air flows past the surfaces 4 of the thermally active insulators 1.
  • the heat exchanger 11 is usually a part of a device for conditioning the supply air to be supplied to a room, wherein the control device is preferably a part of this device and with
  • Temperature signals from corresponding temperature sensors is supplied.
  • Temperature sensors are located at suitable locations within the heat exchanger 11 and / or within the apparatus for conditioning the supply air.
  • a first temperature sensor 14 is arranged at the flow inlet of the first exchange spaces 12 to detect the temperature of the first medium, in the example of fresh air, and a second temperature sensor 15 is at the flow rate of the second input
  • Replacement chambers 13 arranged to detect the temperature of the second medium, in the example of the exhaust air. If required, further temperature sensors can be provided. Operating mode 1
  • This mode of operation corresponds to winter operation, in which the fresh air is colder than the exhaust air.
  • the control device 9 controls the current flowing through the Peltier elements 2 such that heat is transported from the surface 4 to the surface 3 of the thermally active insulators 1.
  • the Peltier elements 2 thus support the transfer of heat from the exhaust air to the fresh air.
  • This mode of operation corresponds to the summer operation during the times during which the exhaust air is colder than the fresh air, which is especially the case in the morning until the evening and night hours of the case.
  • the controller 9 controls the by the
  • This mode of operation corresponds to the summer operation during the times during which the fresh air is colder than the exhaust air, which can be the case, especially in the hours after midnight to the morning hours.
  • the controller 9 controls the by the
  • the thermally active insulators 1 are then thermally insulating up to 100%.
  • This operating mode is based on the operating mode 3. It is used when the fresh air is colder than the exhaust air, but not cold enough to cool the room during the night by the coolness of the fresh air alone to the desired temperature.
  • the control device 9 controls the current flowing through the Peltier elements 2 such that
  • Heat is transported from the surface 3 to the surface 4 of the thermally active insulators 1, so that the fresh air is cooled and the heat extracted and the waste heat of the
  • Peltier elements 2 is discharged with the exhaust air.
  • FIG. 5 shows a further thermally active insulator 1 in cross section.
  • This body is here a body with a large surface.
  • the fins 16 serve to achieve a better heat transfer from the surfaces 3 and 4, respectively, to a gaseous medium, such as air, as compared to the thermally active insulator 1 shown in FIG.
  • This thermally active insulator 1 is constructed as a heat sink and the shape of the fins 16 can therefore be selected according to the use optimally adapted.
  • the heat sink may for example be formed by folding sheets or formed as an injection molded part.
  • Fig. 6 shows a heat exchanger 11 with thermally active insulators 1 of the type shown in Fig. 5.
  • the fins 16 of adjacent thermally active insulators 1 are advantageously interleaved as shown.

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Abstract

Ein Isolator umfasst mindestens einen thermisch aktiven Isolator (1) und eine Steuereinrichtung. Ein thermisch aktiver Isolator (1) enthält zwei Oberflächen (3, 4), zwischen denen eine Vielzahl von thermoelektrischen Wandlern angeordnet sind. Die thermoelektrischen Wandler werden von der Steuereinrichtung (9) mit einem elektrischen Strom versorgt. Sie ermöglichen den Wärmetransport von der einen Oberfläche (3) zur anderen Oberfläche (4) oder in umgekehrter Richtung. Sie ermöglichen auch die Unterbindung eines Wärmetransports, was beispielsweise in einem Wärmetauscher angewendet werden kann, um den normalerweise erfolgenden Austausch von Wärme zwischen zwei Medien unterschiedlicher Temperatur zu verhindern.

Description

Isolator, Wärmetauscher und Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft einen thermischen Isolator, einen Wärmetauscher mit thermisch aktiven Isolatoren und ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers mit solchen Isolatoren. Hintergrund der Erfindun
[0002] Wärmetauscher werden zum Beispiel verwendet, um Wärme zu tauschen zwischen der Abluft, die aus einem Raum abgeführt wird, und der Frischluft, die dem Raum zugeführt wird. Im Winter, wenn die Abluft wärmer ist als die Frischluft, wird die in der Abluft enthaltene Wärme an die Frischluft übertragen, damit diese weniger stark geheizt werden muss. Im
Sommer, wenn die Abluft tagsüber kälter ist als die Frischluft, dann wird in der Frischluft enthaltene Wärme an die Abluft übertragen, d.h. die Frischluft gekühlt. Während der
Sommernächte ist es jedoch oft so, dass die Frischluft kälter ist als die Abluft. In diesem Fall soll jedoch kein Wärmeaustausch zwischen der Frischluft und der Abluft erfolgen, damit der Raum am Morgen, wenn der Tag beginnt, eine angenehme Kühle aufweist. Um dies zu ermöglichen, wird im Sommerbetrieb während der Nacht die Frischluft oder die Abluft durch einen Bypass am Wärmetauscher vorbei geführt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung ohne Bypass zu entwickeln.
[0004] Das Ergebnis der Erfindung ist einerseits ein Isolator, der mindestens einen thermisch aktiven Isolator, der zwei Oberflächen aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von
thermoelektrischen Wandlern angeordnet sind, und eine Steuereinrichtung umfasst, die die thermoelektrischen Wandler des mindestens einen thermisch aktiven Isolators mit einem elektrischen Strom beaufschlagt und die einen Betriebsmodus aufweist, in dem sie den durch die thermoelektrischen Wandler flies senden Strom derart steuert, dass kein Wärmeübertrag von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche des mindestens einen thermisch aktiven Isolators stattfindet.
[0005] Das Ergebnis der Erfindung ist andererseits eine Vorrichtung mit einem
Wärmetauscher, der erste Austauschräume, die von einem ersten Medium durchströmbar sind, und zweite Austauschräume, die von einem zweiten Medium durchströmbar sind, umfasst, wobei die ersten Austauschräume und die zweiten Austauschräume durch thermisch aktive Isolatoren getrennt sind, die zwei Oberflächen aufweisen, zwischen denen eine Vielzahl von thermoelektrischen Wandlern angeordnet sind. Die Vorrichtung umfasst weiter eine
Steuereinrichtung, mindestens einen ersten Temperatursensor für die Erfassung einer
Temperatur des ersten Mediums und mindestens einen zweiten Temperatursensor für die Erfassung einer Temperatur des zweiten Mediums, deren Temperatursignale der
Steuereinrichtung zugeführt werden. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die thermisch aktiven Isolatoren in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, wobei die Steuereinrichtung in einem der Betriebsmodi einen durch die thermoelektrischen Wandler fliessenden Strom derart steuert, dass kein Wärmeübertrag von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche der thermisch aktiven Isolatoren stattfindet. [0006] Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers mit ersten Austauschräumen, die von einem ersten Medium durchströmbar sind, und zweiten Austauschräumen, die von einem zweiten Medium durchströmbar sind, wobei die ersten und zweiten Austauschräume durch thermisch aktive Isolatoren getrennt sind, die zwei Oberflächen aufweisen, zwischen denen thermoelektrische Wandler angeordnet sind, wobei bei dem Verfahren der durch die thermoelektrischen Wandler fliessende Strom derart gesteuert wird, dass kein Wärmeübertrag von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche der thermisch aktiven Isolatoren stattfindet.
[0007] Geeignete thermoelektrische Wandler sind insbesondere Peltierelemente.
[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Um einzelne Details besser erkennen zu können, sind die Figuren nicht massstäblich gezeichnet, sondern dienen einzig der Illustration der der Erfindung zu Grunde liegenden Prinzipien.
Beschreibung der Figuren
Fig. 1, 2 zeigen in Aufsicht und im Querschnitt einen thermisch aktiven Isolator mit
Peltierelementen,
Fig. 3 zeigt ein Verdrahtung Schema der Peltierelemente,
Fig. 4 zeigt einen Wärmetauscher,
Fig. 5 zeigt einen weiteren thermisch aktiven Isolator mit Peltierelementen, und Fig. 6 zeigt einen weiteren Wärmetauscher. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0009] Die Fig. 1 zeigt einen thermisch aktiven Isolator 1 in Aufsicht, die Fig. 2 zeigt den thermisch aktiven Isolator 1 in einer bevorzugten Ausführungsform im Querschnitt, d.h.
senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1. Der thermisch aktive Isolator 1 hat bei diesem Beispiel eine flächige Form, d.h. seine Abmessungen in zwei Dimensionen sind um mindestens einen Faktor 10, in der Regel um mindestens einen Faktor 100, grösser als seine Abmessung in der zu den genannten Dimensionen senkrechten Richtung. Der thermisch aktive Isolator 1 hat beispielsweise wie dargestellt die Form einer dünnen rechteckförmigen Platte. Der thermisch aktive Isolator 1 kann aber auch die Form einer beliebigen zweidimensionalen Fläche haben. Der thermisch aktive Isolator 1 enthält thermoelektrische Wandler, nämlich eine Vielzahl von Peltierelementen 2. Peltierelemente 2 sind thermoelektrische Wandler, die es ermöglichen, mithilfe eines elektrischen Stroms Wärme von der einen Oberfläche 3 des thermisch aktiven Isolators 1 auf die gegenüberliegende Oberfläche 4, oder umgekehrt, zu transportieren, d.h. entweder die Oberfläche 3 oder die Oberfläche 4 bei gleichzeitiger Erwärmung der jeweils anderen Oberfläche 4 bzw. 3 zu kühlen.
[0010] Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der thermisch aktive Isolator 1 zwei parallel zueinander verlaufende Träger 5 umfasst, zwischen denen die Peltierelemente 2 angeordnet sind. Die Träger 5 bilden die beiden Oberflächen 3 und 4. Sie sind beispielsweise Folien, die mit elektrischen Leiterbahnen 6 versehen sind, um die Peltierelemente 2 elektrisch zu verbinden. Jeweils mehrere Peltierelemente 2 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Peltierelemente 2 sind dünne Schichten, die aus einem Material mit einer n-Dotierung oder mit einer p-Dotierung bestehen. Die Richtung des im Betrieb durch die Peltierelemente 2 fliessenden Gleichstroms hängt ab von der Dotierung der Peltierelemente 2. Die n-dotierten Peltierelemente 2 und die p- dotierten Peltierelemente 2 sind deshalb derart mit den Leiterbahnen 6 verdrahtet, dass die Richtung des technischen elektrischen Stroms durch die n-dotierten Peltierelemente 2 entgegengesetzt ist zur Richtung durch die p-dotierten Peltierelemente 2, so dass im Betrieb alle Peltierelemente 2 Wärme in die gleiche Richtung transportieren. Die Zwischenräume zwischen den Peltierelementen 2 sind mit Vorteil mindestens teilweise mit einem schaumartigen, elektrisch isolierenden Material 7 gefüllt, das die Luftzirkulation innerhalb der Zwischenräume unterbindet und somit als thermisch passiver Isolator wirkt. Die Peltierelemente 2 können beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern auf die Träger 5 aufgebracht werden. Der thermisch aktive Isolator 1 lässt sich beinahe beliebig verbiegen und krümmen.
[0011] Der thermisch aktive Isolator 1 hat mindestens zwei elektrische Anschlüsse 8, an die eine Steuereinrichtung 9 angeschlossen werden kann, um die Peltierelemente 2 mit einem elektrischen Strom zu versorgen. Die Steuereinrichtung 9 kann beispielsweise auch innerhalb oder auf dem thermisch aktiven Isolator 1 angebracht werden. Die Steuereinrichtung 9 ist mit Temperatursensoren verbunden, damit sie den thermisch aktiven Isolator 1 steuern kann.
Beispiele für die Steuerung sind weiter unten am Beispiel eines Wärmetauschers beschrieben. Die Steuereinrichtung 9 und mindestens ein thermisch aktiver Isolator 1 bilden zusammen einen erfindungsgemässen Isolator.
[0012] Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Verdrahtung der
Peltierelemente 2. Die Peltierelemente 2 werden von der Steuereinrichtung 9 mit elektrischer Energie gespeist, beispielsweise durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Strom. Bei diesem Beispiel sind jeweils mehrere der Peltierelemente 2 elektrisch zu einem Block 10 zusammengefasst, wobei die Blöcke 10 von der Steuereinrichtung 9 einzeln mit elektrischer Energie versorgt werden. Im Beispiel sind jeweils acht Peltierelemente 2 zu einem Block 10 zusammengefasst und insgesamt fünf Blöcke 10 vorhanden. Die Anzahl der Peltierelemente 2 pro Block 10 und die Anzahl der Blöcke 10 ist jedoch nicht auf diese Beispielwerte beschränkt. Pfeile deuten die Richtung des Stroms an, der von der Steuereinrichtung 9 zu jeweils einem der Blöcke 10, durch die Peltierelemente 2 des Blocks 10 hindurch und zurück zur
Steuereinrichtung 9 fliesst. Entsprechend sind bei diesem Ausführungsbeispiel zehn Anschlüsse 8 vorhanden, über die der thermisch aktive Isolator 1 mit der Steuereinrichtung 9 verbunden ist.
[0013] Die Fig. 4 zeigt im Querschnitt einen Wärmetauscher 11 für den Austausch von Wärme zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium. Unter dem Begriff„Medium" ist ein Gas, z.B. Luft, oder eine Flüssigkeit zu verstehen. Ein solches Medium wird auch als Fluid bezeichnet.
[0014] Der Wärmetauscher umfasst erste Austauschräume 12, die vom ersten Medium durchströmbar sind, und zweite Austauschräume 13, die vom zweiten Medium durchströmbar sind, und wärmetauschende, im Abstand parallel zueinander angeordnete thermisch aktive Isolatoren 1, wobei jeder der thermisch aktiven Isolatoren 1 einen der ersten Austauschräume 12 von einem der zweiten Austauschräume 13 trennt. Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit sind die thermisch aktiven Isolatoren 1 breiter dargestellt als sie in Wirklichkeit sind. Die Strömungsrichtung der beiden Medien verläuft senkrecht zur Zeichenebene, mit Vorteil strömen die beiden Medien in entgegengesetzter Richtung. Im Beispiel sind zwei Austauschräume 12 für das erste Medium und drei Austauschräume 13 für das zweite Medium vorhanden, die Anzahl der Austauschräume 12, 13 ist jedoch meistens grösser. Die den Austauschräumen 12 zugewandten Oberflächen der thermisch aktiven Isolatoren 1 sind mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet, die den Austauschräumen 13 zugewandten Oberflächen mit dem Bezugszeichen 4 und die Steuereinrichtung 9 und die Isolatoren 1 sind dementsprechend verdrahtet.
[0015] Eine gemeinsame Steuereinrichtung 9 für alle thermisch aktiven Isolatoren 1 ist eingerichtet, die thermisch aktiven Isolatoren 1 des Wärmetauschers 11 in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, von denen die wichtigsten nachfolgend aufgeführt sind. Dabei wird vorausgesetzt, dass einem Raum zuzuführende Frischluft durch die Austauschräume 12 strömt und aus dem Raum abzuführende Abluft durch die Austauschräume 13. Das erste Medium, d.h. die Frischluft, strömt daher an den Oberflächen 3, das zweite Medium, d.h. die Abluft, strömt an den Oberflächen 4 der thermisch aktiven Isolatoren 1 vorbei. Der Wärmetauscher 11 ist in der Regel ein Teil einer Vorrichtung für die Konditionierung der einem Raum zuzuführenden Zuluft, wobei die Steuereinrichtung bevorzugt ein Teil dieser Vorrichtung ist und mit
Temperatursignalen von entsprechenden Temperatursensoren versorgt wird. Die
Temperatursensoren sind an geeigneten Stellen innerhalb des Wärmetauschers 11 und/oder innerhalb der Vorrichtung für die Konditionierung der Zuluft angeordnet. Typischerweise ist ein erster Temperatursensor 14 beim strömungsmässigen Eingang der ersten Austauschräume 12 angeordnet, um die Temperatur des ersten Mediums, im Beispiel der Frischluft, zu erfassen, und ein zweiter Temperatursensor 15 ist beim strömungsmässigen Eingang der zweiten
Austauschräume 13 angeordnet, um die Temperatur des zweiten Mediums, im Beispiel der Abluft, zu erfassen. Bei Bedarf können weitere Temperatursensoren vorgesehen sein. Betriebsmodus 1
[0016] Dieser Betriebsmodus entspricht dem Winterbetrieb, bei dem die Frischluft kälter ist als die Abluft. Die Steuereinrichtung 9 steuert den durch die Peltierelemente 2 fliessenden Strom derart, dass Wärme von der Oberfläche 4 zur Oberfläche 3 der thermisch aktiven Isolatoren 1 transportiert wird. Die Peltierelemente 2 unterstützen somit die Übertragung von Wärme von der Abluft auf die Frischluft.
Betriebsmodus 2
[0017] Dieser Betriebsmodus entspricht dem Sommerbetrieb während der Zeiten, während denen die Abluft kälter ist als die Frischluft, was vor allem im Laufe des Vormittags bis in die Abend- und Nachtstunden der Fall ist. Die Steuereinrichtung 9 steuert den durch die
Peltierelemente 2 fliessenden Strom derart, dass Wärme von der Oberfläche 3 zur Oberfläche 4 der thermisch aktiven Isolatoren 1 transportiert wird. Im Betriebsmodus 2 fliesst der Strom durch die Peltierelemente 2 daher in umgekehrter Richtung als beim Betriebsmodus 1. Die Peltierelemente 2 unterstützen somit die Kühlung der Frischluft durch die Abluft. Betriebsmodus 3
[0018] Dieser Betriebsmodus entspricht dem Sommerbetrieb während der Zeiten, während denen die Frischluft kälter ist als die Abluft, was vor allem in den Stunden nach Mitternacht bis in die Morgenstunden der Fall sein kann. Die Steuereinrichtung 9 steuert den durch die
Peltierelemente 2 fliessenden Strom derart, dass kein Wärmeübertrag von der Oberfläche 4 zur Oberfläche 3 der thermisch aktiven Isolatoren 1 stattfindet. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Peltierelemente 2 den Wärmetransport, der bei ausgeschalteten Peltierelementen 2 von der Abluft zur Frischluft erfolgen würde, vollständig oder annähernd vollständig kompensieren. Die thermisch aktiven Isolatoren 1 sind dann wärmemässig bis zu 100% isolierend.
Betriebsmodus 4
[0019] Dieser Betriebsmodus basiert auf dem Betriebsmodus 3. Er wird verwendet, wenn die Frischluft zwar kälter ist als die Abluft, aber nicht genügend kalt, um den Raum während der Nacht durch die Kühle der Frischluft allein auf die gewünschte Temperatur abzukühlen. Die Steuereinrichtung 9 steuert den durch die Peltierelemente 2 fliessenden Strom derart, dass
Wärme von der Oberfläche 3 zur Oberfläche 4 der thermisch aktiven Isolatoren 1 transportiert wird, so dass die Frischluft gekühlt und die entzogene Wärme und die Abwärme der
Peltierelemente 2 mit der Abluft abgeführt wird.
[0020] Die Fig. 5 zeigt einen weiteren thermisch aktiven Isolator 1 im Querschnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die beiden Träger 5 zusammen mit von den Trägern 5 abstehenden Lamellen 16 einen starren Körper. Dieser Körper ist hier ein Körper mit grosser Oberfläche. Die Lamellen 16 dienen dazu, eine im Vergleich zu dem in der Fig. 2 gezeigten thermisch aktiven Isolator 1 bessere Wärmeübertragung von den Oberflächen 3 bzw. 4 an ein gasförmiges Medium, wie zum Beispiel Luft, zu erreichen. Dieser thermisch aktive Isolator 1 ist wie ein Kühlkörper aufgebaut und die Form der Lamellen 16 kann demzufolge der Verwendung entsprechend optimal angepasst gewählt werden. Der Kühlkörper kann beispielsweise durch Falten von Blechen geformt oder als Spritzgussteil ausgebildet sein.
[0021] Die Fig. 6 zeigt einen Wärmetauscher 11 mit thermisch aktiven Isolatoren 1 des in der Fig. 5 gezeigten Typs. Die Lamellen 16 benachbarter thermisch aktiver Isolatoren 1 sind mit Vorteil wie gezeigt verschachtelt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Isolator, umfassend
mindestens einen thermisch aktiven Isolator (1), der zwei Oberflächen (3, 4) aufweist, zwischen denen thermoelektrische Wandler angeordnet sind, und eine Steuereinrichtung (9), die die thermoelektrischen Wandler des mindestens einen thermisch aktiven Isolators (1) mit einem elektrischen Strom beaufschlagt und die einen Betriebsmodus aufweist, in dem sie den durch die thermoelektrischen Wandler flies senden Strom derart steuert, dass kein Wärmeübertrag von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche des mindestens einen thermisch aktiven Isolators (1) stattfindet.
2. Vorrichtung, umfassend
einen Wärmetauscher (11), umfassend erste Austauschräume (12), die von einem ersten Medium durchströmbar sind, und zweite Austauschräume (13), die von einem zweiten Medium durchströmbar sind, wobei die ersten Austauschräume (12) und die zweiten Austauschräume (13) durch thermisch aktive Isolatoren (1) getrennt sind, die zwei Oberflächen (3, 4) aufweisen, zwischen denen thermoelektrische Wandler angeordnet sind, eine Steuereinrichtung (9), mindestens einen ersten Temperatursensor (14) für die Erfassung einer Temperatur des ersten Mediums und mindestens einen zweiten Temperatursensor (15) für die Erfassung einer
Temperatur des zweiten Mediums, deren Temperatursignale der Steuereinrichtung (9) zugeführt werden, wobei die Steuereinrichtung (9) eingerichtet ist, die thermisch aktiven Isolatoren (1) in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, wobei die Steuereinrichtung (9) in einem der
Betriebsmodi einen durch die thermoelektrischen Wandler fliessenden Strom derart steuert, dass kein Wärmeübertrag von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche der thermisch aktiven Isolatoren (1) stattfindet.
3. Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers (11) mit ersten Austauschräumen (12), die von einem ersten Medium durchströmbar sind, und zweiten Austauschräumen (13), die von einem zweiten Medium durchströmbar sind, wobei die ersten und zweiten Austauschräume durch thermisch aktive Isolatoren (1) getrennt sind, die zwei Oberflächen (3, 4) aufweisen, zwischen denen thermoelektrische Wandler angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die thermoelektrischen Wandler fliessender Strom derart gesteuert wird, dass kein Wärmeübertrag von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche der thermisch aktiven Isolatoren (1) stattfindet.
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