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Die
Erfindung betrifft eine Wärmepumpe
mit einem ersten und einem zweiten Wärmetauscher und zumindest einem
in einem Zwischenraum zwischen den Wärmetauschern angeordneten aktiven Modul,
welcher Zwischenraum abgedichtet ist. Des Weiteren betrifft die
Erfindung ein Hausgerät
mit einer derartigen Wärmepumpe.
Darüber
hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Regulieren
von Druckverhältnissen
in einem abgedichteten Zwischenraum zwischen zwei Wärmetauschern
einer Wärmepumpe,
in welchem zumindest ein thermoelektrisches Modul angeordnet ist.
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Bei
bekannten Wärmepumpen,
welche nach der Peltier-Technik arbeiten, und in Hausgeräten zur Pflege
von Wäschestücken, insbesondere
Wäschetrocknern
oder Waschtrocknern, angeordnet sind, sind Peltier-Elemente zwischen
zwei Wärmetauscherflächen verspannt.
Bei jeder Wärmetauscheranordnung,
welche nach der Peltier-Technik arbeitet, ist es wesentlich, dass
die Peltier-Elemente vor Feuchtigkeit geschützt sind. Möglich ist dabei eine Peltier-Baugruppe
(Wärmetauscher
und Peltier-Elemente),
bei der durch mehrere unabhängig
voneinander wirkende Dichtungssysteme ein zwischen den Wärmetauschern
befindliches aktives Modul umfassend die Peltier-Elemente, Halte- und Verbindungselemente
gegen Feuchtigkeit geschützt
werden. Dazu werden die Peltier-Elemente selbst mit einem Kleber oder
Dichtungsmittel abgedichtet. Die Ausbildung eines solchen Dichtungssystems
ist relativ aufwendig, und, da die Dichtungen zum Teil manuell aufgetragen werden,
sehr fehlerbehaftet. Die Dichtfunktion ist dadurch nur sehr unzureichend
gewährleistet.
Ein mögliches
Eindringen von Wasser in einen Zwischenraum der Peltier-Baugruppe
muss jedoch vermieden werden, da die Feuchtigkeit und die an den
Peltier-Elementen anliegende elektrische Spannung eine elektrolytische
Reaktion mit entsprechenden Korrosionserscheinungen zur Folge haben
können. Dadurch
wird die Funktion der Peltier-Elemente unter Umständen erheblich
beeinträchtigt
bzw. kann vollkommen außer
Kraft gesetzt werden.
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Bei
Konstellationen mit mehr als zwei Peltier-Elementen ist das Dichtungssystem über die
Lebensdauer so prozesssicher auszulegen, dass durch die Erwärmung des
Zwischenraums und der damit verbundenen Ausdehnung der Luft im Zwischenraum diese
nicht nach außen
entweichen kann, und damit später
ein Unterdruck in diesem Zwischenraum entsteht, über den dann feuchte Luft in
den Zwischenraum gelangen kann. Dies ist relativ material- und kostenintensiv
und gewährleistet
nur bedingt einen zuverlässigen
Schutz vor Feuchte im Zwischenraum.
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Diese Überlegungen
gelten nicht nur für Wärmepumpen,
die nach der einen oder anderen Weise einen thermoelektrischen Effekt
ausnutzen, sondern für
alle Wärmepumpen,
bei denen jeweils zwischen zwei Wärmetauschern ein aktives Modul, welches
die funktionell wesentlichen Komponenten der Wärmepumpe enthält, angeordnet
ist. Solche Bauarten sind insbesondere zur Anwendung bei beengten
Platzverhältnissen,
insbesondere in Hausgeräten
wie Wäschetrocknern,
bekannt.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpe
sowie ein Verfahren zum Regulieren von Druckverhältnissen in einem Zwischenraum
einer Wärmepumpe
zu schaffen, mit welcher bzw. mit welchem das Eindringen von Feuchtigkeit
in den Zwischenraum auch bei im Betrieb entstehenden unterschiedlichen
Druckverhältnissen
verhindern zu können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe,
welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Hausgerät, welches
die Merkmale nach Patentanspruch 7 aufweist, gelöst. Darüber hinaus wird die Erfindung
auch durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch
8 aufweist gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Wärmepumpe
umfasst einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher und zumindest ein
aktives Modul, insbesondere ein Peltier-Element, welches in einem
Zwischenraum zwischen den Wärmetauschern
angeordnet ist. Der Zwischenraum ist vollständig durch ein oder mehrere Dichtelemente
abgedichtet. Die Wärmepumpe
umfasst eine Druckausgleichsvorrichtung, welche mit dem Zwischenraum
verbunden ist und zum Ausgleich der im Betrieb der Wärmepumpe
auftretenden Druckverhältnisse
ausgebildet ist. Durch die Druckausgleichsvorrichtung kann eine
Kommunikation mit dem Zwischenraum dahingehend erzielt werden, dass
auch unterschiedlichste Drücke, Überdruck
und Unterdruck, zuverlässig
so reguliert und ausgeglichen werden können, dass das Eintreten von
Feuchtigkeit in den Zwischenraum verhindert werden kann.
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Bevorzugt
ist die Druckausgleichsvorrichtung außerhalb des Zwischenraums angeordnet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Druckausgleichsvorrichtung durch
eine Aussparung in einem Dichtelement, welches zum Abdichten des
Zwischenraums vorgesehen ist, mit dem Zwischenraum in Verbindung
steht. Dadurch kann eine einfache und aufwandsarm auszubildende
Verbindung erreicht werden. Darüber
hinaus kann durch dieses Hindurchführen und Herstellen der Verbindung
zwischen der Druckausgleichsvorrichtung und dem Zwischenraum auch
eine zuverlässige
Abdichtung an der Schnittstelle gewährleistet werden.
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Durch
die Anordnung der Druckausgleichsvorrichtung außerhalb des Zwischenraums kann auch
eine relativ einfache Zugänglichkeit
für Montage,
Wartung und dergleichen ermöglicht
werden. Darüber
hinaus kann dadurch der Zwischenraum relativ klein ausgebildet werden
und die thermoelektrischen Module im Zwischenraum werden nicht durch eine
weitere Komponente beeinträchtigt.
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Die
Druckausgleichsvorrichtung umfasst in bevorzugter Weise ein Ausgleichsgefäß, in welchem eine
luftundurchlässige
Wand derart angeordnet ist, dass der Innenraum des Ausgleichsgefäßes in zumindest
zwei Teilbereiche aufgeteilt ist.
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Bevorzugt
ist die Wand so ausgebildet, dass sie abhängig von den Druckverhältnissen
im Zwischenraum im Ausgleichsgefäß verschiebbar
ist. Sowohl bei Überdruck
als auch bei Unterdruck im Zwischenraum kann dadurch eine Bewegung
dieser Wand dahingehend durchgeführt
werden, dass die Regulierung der Druckverhältnisse im Zwischenraum zuverlässig erfolgen
kann. Darüber
hinaus ist durch eine derartige Ausgestaltung der Druckausgleichsvorrichtung
ein relativ einfacher Aufbau gewährleistet,
welcher eine kostengünstige
Realisierung ermöglicht.
Darüber
hinaus kann durch eine bauteilarme Ausgestaltung auch die Fehleranfälligkeit
deutlich reduziert werden.
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Bevorzugt
ist die Wand als flexible Membran ausgebildet, welche an der Innenseite
des Ausgleichsgefäßes befestigt
ist. Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass die Wand als in sich
starres Element ausgebildet ist, welches im Innenraum des Ausgleichsgefäßes hin- und hergeschoben
werden kann. Beispielsweise kann hier ein entsprechender Druckzylinder
vorgesehen sein.
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Das
aktive Modul der Wärmepumpe
ist bevorzugt als thermoelektrisches Modul, und besonders bevorzugt
als Peltier-Element ausgebildet, wobei die Wärmepumpe vorteilhafterweise
als Peltier-Wärmepumpe
konzipiert ist. Durch das Anbringen eines Druckausgleichsgefäßes, welches
mit dem Zwischenraum der Wärmepumpe
kommunizieren kann, wird der sich bei Erwärmung aufbauende Überdruck
im Zwischenraum gezielt in das Druckausgleichsgefäß geleitet
und belastet so nicht die Dichtungselemente. Das Ausgleichsgefäß verhindert
so auch, dass sich Unterdruck bei Abkühlung zwischen den Aluminiumprofilen
aufbaut und somit Luft von außen über die
Dichtelemente in das System und insbesondere in den Zwischenraum
gezogen wird. In der Mitte dieses Ausgleichsgefäßes ist vorzugsweise eine luftundurchlässige Membran
angebracht, die sich zu beiden Seiten innerhalb des Ausgleichsgefäßes ausbreiten
kann.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Hausgerät zur Pflege
von Wäschestücken, insbesondere
einen Wäschetrockner
mit einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe
oder einer vorteilhaften Ausgestaltung davon.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Regulieren von Druckverhältnissen
in einem abgedichteten Zwischenraum zwischen zwei Wärmetauschern
einer Wärmepumpe,
in welchem zumindest ein aktives Modul angeordnet ist, wird der
Druck im Zwischenraum mit einer mit dem Zwischenraum verbundenen
Druckausgleichsvorrichtung reguliert.
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Bevorzugt
wird eine einen Innenraum eines Ausgleichsgefäßes der Druckausgleichsvorrichtung in
zumindest zwei Teilbereiche unterteilende, luftundurchlässige Membran
so bewegt, dass der Druck im Zwischenraum reguliert wird. Im gesamten
Betrieb der Wärmepumpe
wird dadurch erreicht, dass das Eindringen von Feuchtigkeit in den
Zwischenraum verhindert werden kann, und somit die Betriebsfunktion
der Peltier-Elemente nicht beeinträchtigt wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Teilausschnitts einer Wärmepumpe
mit einer Dichtungsvorrichtung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Teilbereichs gemäß 1 mit
einer Druckausgleichsvorrichtung; und
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3 eine
schematische Schnittdarstellung einer Druckausgleichsvorrichtung
gemäß 2 in unterschiedlichen
Betriebszuständen.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
schematische Darstellung in 1 zeigt eine
Wärmepumpe,
welche als Peltier-Wärmepumpe ausgebildet
ist und in einem Wäschetrockner
angeordnet ist. Die Wärmepumpe
umfasst einen ersten Wärmetauscher 1 und
einen zweiten Wärmetauscher 2.
Der erste Wärmetauscher 1 weist
ein Basiselement 11 mit daran angrenzenden Umströmungselementen 12 auf.
Die beiden Wärmetauscher 1 und 2 sind
beabstandet zueinander angeordnet, wobei in einem Zwischenraum 3 zwischen
diesen Wärmetauschern 1 und 2 zumindest
ein als Peltier-Element 4 ausgebildetes aktives, insbesondere
thermoelektrisches Modul 4 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel
ist der erste Wärmetauscher 1 als "warmer" Wärmetauscher 1 oder
Heizer 1 ausgebildet; werden Peltier-Elemente 4 in
der Anordnung mit einer vorbestimmten elektrischen Gleichspannung
betrieben, so heizen sie sich jeweils an einer mit dem ersten Wärmetauscher 1 kontaktierten
Seite auf. Der zweite Wärmetauscher 2 weist
ebenfalls ein Basis-Element 21 und daran angrenzende Kühlrippen 22 auf.
Dieser Wärmetauscher 2 ist
im Ausführungsbeispiel
als "kalter" Wärmetauscher
ausgebildet; werden Peltier-Elemente 4 mit
der erwähnten
vorbestimmten elektrischen Gleichspannung betrieben, so kühlen sie
sich jeweils an einer mit dem zweiten Wärmetauscher 2 kontaktierten
Seite ab.
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Der
Zwischenraum 3 ist im Ausführungsbeispiel durch ein einstückig ausgebildetes
Dichtelement 5 abgedichtet, welches vollständig umlaufend um
die Wärmetauscher 1 und 2 angeordnet
ist. Das Dichtelement 5 kann Epoxidharz-Kleber, Epoxid- oder
Silikonharzdichtungsmasse enthalten; zusätzlich kann ein äußerer Rand
des Zwischenraums mit Silikonharz abgedichtet sein. Auch zusätzliche
Beschichtungen von Dichtflächen
der Bauteile mit Silikon- oder Parylene-Materialien sind denkbar Wie
in der Darstellung gemäß 1 zu
erkennen ist, ist das Dichtelement 5 an Randbereichen 11a und 21a der Basiselemente 11 und 21 befestigt.
Das Dichtelement 5 weist im Querschnitt eine U-Form auf.
In jedem Schenkel der U-Form ist eine Aussparung ausgebildet, wobei
in der einen Aussparung der Randbereich 11a und in der
anderen Aussparung der Randbereich 21a angeordnet ist.
Sowohl die Anordnung als auch die Ausgestaltung des Dichtelements 5 ist lediglich
beispielhaft.
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In 2 ist
eine schematische Schnittdarstellung gezeigt, in der eine skizzenhafte
Druckausgleichsvorrichtung 6 dargestellt ist, welche mit
dem Zwischenraum 3 so verbunden ist, dass ein Druckausgleich,
der im Zwischenraum 3 im Betrieb der Wärmepumpe auftretenden Druckverhältnisse
gewährleistet
ist. In der gezeigten Ausführung
umfasst die Druckausgleichsvorrichtung 6 einen Anschlussbereich 61,
welcher durch das nicht dargestellte Dichtelement 5 hindurch
in den Zwischenraum 3 ragt. An den Anschlussbereich 61 ist
ein Ausgleichsgefäß 62 der
Druckausgleichsvorrichtung 6 angebunden, welches Ausgleichsgefäß 62 eine
etwa mittig im Innenraum dieses Ausgleichsgefäßen 62 angebrachte luftundurchlässige Membran 63 aufweist.
Durch diese Membran 63 wird der Innenraum des Ausgleichsgefäßes 62 in
zwei etwa gleich große
Teilbereiche 64 und 65 unterteilt. Die Druckausgleichsvorrichtung 6 und
insbesondere das Ausgleichsgefäß 62 sind
außerhalb
des Zwischenraums 3 angeordnet.
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In 3 ist
eine schematische Schnittdarstellung der Druckausgleichsvorrichtung 6 gezeigt,
in der die Membran 63 in einer Stellung 63' in einem Zustand
gezeigt ist, in dem Überdruck
im Zwischenraum 3 vorherrscht. Dieser sich aufgrund der
im Betrieb auftretenden Erwärmung
aufbauende Überdruck
im Zwischenraum 3 wird dann gezielt in die Druckausgleichsvorrichtung 6 und
insbesondere in das Ausgleichsgefäß 62 geleitet, wodurch
sich die Membran 63 gemäß der gezeigten
Formgebung in die Stellung 63' auswölbt. Durch diesen Druckausgleich
kann auch im Zwischenraum 3 eine Situation geschaffen werden,
welche das Dichtelement 5 nicht dahingehend belastet, dass
an den Abdichtungsstellen und somit am Übergang zu den Randbereichen 11a und 21a der
Wärmetauscher 1 und 2 Luft
nach außen
gedrückt
wird.
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Das
Ausgleichsgefäß 62 verhindert
auch, dass sich Unterdruck beim Abkühlen zwischen den Aluminiumprofilen
der Wärmetauscher 1 und 2 aufbaut
und somit Luft von außen
durch diese Übergangsbereiche
zwischen den Wärmetauschern 1 und 2,
insbesondere den Randbereichen 11a und 21a, und
dem Dichtelement 5, in den Zwischenraum 3 gezogen
wird. Tritt ein Druckverhältnis
im Zwischenraum 3 im Sinne eines Unterdrucks auf, so wird
die Membran 63 in die gemäß 3 gezeigte,
nach vorne gewölbte
Stellung 63'' verformt.