| Dokumentenidentifikation |
DE102006004756A1 16.08.2007 |
| Titel |
Peltier-Wärmetauscher in modularer Bauweise |
| Anmelder |
Wolf, Herbert, 06632 Freyburg, DE |
| Erfinder |
Wolf, Herbert, 06632 Freyburg, DE |
| Vertreter |
Voigt, W., Ing. Pat.-Ing., Pat.-Anw., 06108 Halle |
| DE-Anmeldedatum |
30.01.2006 |
| DE-Aktenzeichen |
102006004756 |
| Offenlegungstag |
16.08.2007 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
16.08.2007 |
| IPC-Hauptklasse |
F24F 5/00(2006.01)A, F, I, 20060130, B, H, DE
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| IPC-Nebenklasse |
F24D 3/18(2006.01)A, L, I, 20060130, B, H, DE
F28F 3/00(2006.01)A, L, I, 20060130, B, H, DE
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung betrifft einen Petier-Wärmeaustauscher, welcher in modularer Bauweise als kompakte Baugruppe ausgeführt ist. Es werden hohe Leistungszahlen der Wärmeübertragungen erreicht. Eine hohe Effektivität ist weiterhin gesichert durch geringe Temperaturunterschiede zwischen den Wärmeübergangsplatten, bedingt durch die modulare Bauweise. In Abgrenzung zur vorgenannten DE-Anmeldung werden Kupferplatten (7) mit dazwischenliegenden Peltierelementen (6) beiderseits in Kunststoff-Wärmeaustauscherplatten (1, 2) mit geringem Wärmeleitwert eingelegt. In die Kunststoff-Wärmeaustauscherplatten (1, 2) sind mäanderförmig Wasserwege (4) eingearbeitet (z. B. gefräst). Die Kupferplatten (7) decken die Wasserwege (4) ab. Die modulare Bauweise wird durch eine spiegelbildliche Fertigung der Kunststoff-Wärmeaustauscherplatten (2) (ausgenommen die erste und letzte Wärmeaustauscherplatte), erreicht. Die in den Wärmeaustauscherplatten (2) eingefrästen Wasserwege sind auf beiden Seiten wasserseitig parallel durch eine Ein- und Austrittsbohrung miteinander verbunden. Diese Wärmeaustauscherplatte wird somit auch auf beiden Seiten mit der gleichen Wassertemperatur gefahren.
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| Beschreibung[de] |
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Diese Patentanmeldung ist ein Zusatz zur Anmeldung 10 2005 036 492.6.
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher in modularer Bauweise,
wobei die neue Konzeption an sich auf altbekannten physikalischen Zusammenhängen
an Peltierelementen beruht. Es werden jedoch erfindungsgemäß hohe Leistungszahlen
der Wärmeübertragungen im Peltier-Wärmeaustauscher, welcher als kompakte
Baugruppe in modularer Bauweise ausgeführt ist, erreicht. Eine hohe Effektivität
wird weiterhin erreicht durch geringe Temperaturunterschiede zwischen den Wärmeübergangsplatten,
bedingt durch die modulare Bauweise.
In der DE 10 8005 036 492.6
wird ein modernes Verfahren und ein Gerätekomplex zum Kühlen und Heizen
von Innenräumen unter Verwendung eines Peltierelements als Wasser/Wasser-Wärmepumpe
beschrieben. Das Wasser wird von der warmen Seite des Peltierelements über
einen Wärmeaustauscher geführt, die Wärme wird abgeleitet und das
Wasser einem Rückkühler zugeführt. Nach Temperaturabsenkung erfolgt
eine Rückführung des Wassers in den Wärmeaustauscher an der warmen
Seite des Peltierelements. Weiterhin wird von der kalten Seite des Peltierelements
über einen zweiten Wärmeaustauscher das kalte Wasser einem kalten Wärmeaustauscher
zugeführt, wobei sich das Wasser durch Abstrahlung vom kalten Wärmeaustauscher
erwärmt (z. B. zum Kühlen eines Innenraumes) und dann an die kalte Seite
des Peltierelements zurückgeführt wird. Die Umschaltung der Polarität
von der Spannungsversorgung an den Peltierelementen führt – wie bekannt
– zur Umkehrung des thermischen Prozesses an den beiden Wärmeübergangsflächen.
In der bereits genannten DE 10
2005 036 492.6 wird auch der innere Wärmeaustausch im Peltier-Wärmeaustauscher
beschrieben. Zur Vermeidung von Wiederholungen soll darauf nicht noch einmal eingegangen
werden, sondern nur kurz darauf hingewiesen werden, dass Peltierelemente mit beispielsweise
einer Fläche von 4 cm × 4 cm auf dünnen Metallplatten hintereinander
in mehreren Reihen aufgeklebt werden.
Es darf jedoch nicht übersehen werden, dass diese Ausführungen
noch Fragen offen lassen, um einen Peltier-Wärmeaustauscher in modularer Bauweise
vorzuschlagen, der mit hoher Effektivität arbeitet.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, durch einen Peltier-Wärmeaustauscher
in modularer Bauweise die Effektivität der Kühl- bzw. Heizprozesse zu
verbessern, d. h. die Leistungszahl der Wärmeübertragung an den Peltier-Wärmeaustauschern
zu erhöhen. Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, Vorschläge für
die technische Gestaltung der Wärmeaustauscherplatten zu machen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst,
wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf den Patentanspruch
1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen
2 bis 5.
Zur Darlegung der Erfindung sollen weitere Ausführungen erfolgen.
Der Peltier-Wärmeaustauscher in modularer Bauweise besteht aus
mindestens drei Wärmeaustauscherplatten. Die Effektivität wird erhöht,
wenn weitere Wärmeaustauscherplatten zu einem Modul vereint werden.
Der innere Teil des Wärmeaustauschers besteht aus keramischen
Peltierelementen und zwei Metallplatten, vorzugsweise Kupferplatten. Zwischen den
beiden Kupferplatten werden die Peltierelemente mit Wärmeleitpaste dicht nebeneinander
in Reihen aufgeklebt. Untereinander besteht kein Abstand, damit es zu keinem Temperaturaustausch
zwischen den Kupferplatten kommt. Zur Anordnung dieser Bauteile im Inneren des Wärmeaustauschers
erfolgten bereits Hinweise in der DE 10 2005
36 492.6.
In Abgrenzung zur vorgenannten DE-Anmeldung ist jedoch hervorzuheben,
dass die Kupferplatten mit den dazwischenliegenden Peltierelementen beiderseits
in Kunststoff-Wärmeaustauscherplatten mit geringem Wärmeleitwert eingelegt
werden. In die Kunststoff-Wärmeaustauscherplatten sind mäanderförmig
(z. B. durch Fräsen) Wasserwege eingearbeitet. Die Kupferplatten decken die
Wasserwege ab, wobei die Abdichtung mittels Null-Ring und Nut, welche in die Kunststoffplatte
eingearbeitet ist, erfolgt.
Die modulare Bauweise wird durch eine spiegelbildliche Fertigung der
Kunststoffplatten, ausgenommen die erste und letzte Wärmetauscherplatte, erreicht.
Die darin eingefrästen Wasserwege sind auf beiden Seiten wasserseitig parallel
durch eine Ein- und Austrittsbohrung miteinander verbunden. Diese Wärmeaustauscherplatte
wird somit auch auf beiden Seiten mit der gleichen Wassertemperatur gefahren.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen erläutert
werden. Die Figuren zeigen in Prinzipdarstellung:
1: Wärmeaustauscherplatte, Endstück im Längsschnitt,
teilweise Darstellung
2: wie 1, jedoch Mittelstück
3: Draufsicht einer Wärmeaustauscherplatte
4: Modularer Aufbau des Wärmeaustauschers mit drei
Platten, teilweise Darstellung
5: Fließplan des modularen Wärmeaustauschers
mit angeschlossenen Verbrauchern
Die verwendeten Bezugszeichen bedeuten:
- 1
- Wärmeaustauscherplatte Endstück
- 2
- Wärmeaustauscherplatte Mittelstück
- 3
- Wassereintritts- bzw. Wasseraustrittsöffnungen
- 4
- eingefräste Wasserwege
- 4a
- eingefräste Wasserwege für erwärmtes Wasser
- 4b
- eingefräste Wasserwege für gekühltes Wasser
- 5
- Stege
- 6
- Peltierelement
- 7
- Kupferplatten
- 8
- Auflageflächen für Kupferplatten
- 9
- Dichtung
- 10
- kalte Seite eines Peltierelements
- 11
- warme Seite eines Peltierelements
- 12
- Kühlvorrichtung
- 13
- Heizgerät
Der Wärmeaustauscher in modularer Bauweise besteht aus dem Mittelstück
2 (bzw. aus mehreren Mittelstücken) und den zwei Endstücken
1, ausgeführt aus Kunststoff mit geringem Wärmeleitwert, vorzugsweise
Polyamid. Das Wasser fließt in den eingefrästen Wasserwegen
4 (4a, 4b) mäanderförmig um die Stege
5. Die Öffnungen für die Wasserzu- bzw. Wasserabführung
sind mit dem Bezugszeichen 3 versehen.
Das Innere des Wärmeaustauschers besteht, – wie schon
gesagt – aus den keramischen Peltierelementen 6 und aus Metallplatten,
vorzugsweise Kupferplatten 7, die von der Kaltseite 10 und der
Warmseite 11 des Peltierelements die Wärmeenergie auf das Wasser übertragen.
Mit dem Positionszeichen 8 sind die Auflageflächen für
die Kupferplatten 7 bezeichnet, wobei die Kupferplatten zur Verhinderung
von Kurzschlussströmungen auch auf den Stegen 5 der Wasserwege
4 (4a, 4b) aufliegen.
Am äußeren Rand der Kunststoffplatten, d. h. der End- und
Mittelstücke 1, 2, sind Bohrungen vorgesehen, so dass die
Platten fest zusammengefügt werden können. Zur wasserdichten Auflage der
Kupferplatten 7 wird eine Dichtung 9 vorgesehen, bestehend aus
einem O-Ring, der in eine Nut in der Kunststoffplatte eingelegt wird.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass ein gleichmäßiger Temperaturanstieg
im Wärmeaustauscher notwendig ist, damit die Peltierelemente jeweils die gleiche
Temperaturdifferenz beidseitig des Wärmeaustauschers haben. Das strömende
Wasser auf beiden Seiten der Kunststoffplatten muss deshalb im Gegenstromprinzip
gefahren werden.
Hierzu wird auf 5 verwiesen. Es wird das
Fließschema eines Wärmeaustauschers in modularer Bauweise gezeigt mit
einer angeschlossenen Kühlvorrichtung 12 und einem Heizgerät
13, wobei die Kühlvorrichtung 12 und das Heizgerät
13 die Funktion von äußeren Wärmetauschern haben.
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| Anspruch[de] |
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Peltier-Wärmeaustauscher in modularer Bauweise, wobei zwischen
Metallplatten (7) Peltierelemente (6) angeordnet sind und diese
Metallplatten mit dazwischen angeordneten Peltierelementen (6) wiederum
zwischen zwei Wärmeaustauscherplatten (1, 2) platziert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherplatten (1,
2) einen geringen Wärmeleitwert aufweisen, die in die Wärmeaustauscherplatten
(1, 2) eingearbeitete Wasserwege (4, 4a,
4b) von Metallplatten (7) abgedeckt sind, die Wärmeaustauscherplatten
(2) welche als Mittelstück Verwendung finden, beidseitig voneinander
getrennte Wasserwege aufweisen, die Wärmeaustauscherplatten (1), die
als Endstück Verwendung finden, nur einen Wasserweg aufweisen, an den Stirnseiten
der Wärmeaustauscherplatten Wassereintritts- bzw. -austrittsöffnungen
(3) derart angeordnet sind, dass die Wasserwege (4,
4a, 4b) mit den Wassereintritts- bzw. -austrittsöffnungen
(3) verbunden sind und als Voraussetzung für die modulare Bauweise
die Wärmeaustauscherplatten (2) spiegelbildlich derart angefertigt
sind, dass diese zu Modulen, bestehend aus mindestens drei Wärmeaustauscherplatten,
zusammenfügbar sind.
Peltier-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Metallplatten (7) Kupferplatten (7) sind.
Peltier-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wasserwege (4, 4a, 4b) von der Eintritts- bis
zur Austrittsöffnungen (3) mäanderförmig geführt sind.
Peltier-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmeaustauscherplatten aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid bestehen.
Peltier-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Anordnung der Wasserwege (4,
4a, 4b) und der Wassereintritts- bzw. -austrittsöffnung (3)
die Wärmeaustauscherplatten (2) derart gefahren werden, dass auf beiden
Seiten immer die gleiche Wassertemperatur gegeben ist.
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