DE1210016B - Electrothermal device used to achieve cooling or heat effects or to generate electricity - Google Patents
Electrothermal device used to achieve cooling or heat effects or to generate electricityInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W¥W PATENTAMT Int. CL: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN W ¥ W PATENTAMT Int. CL:
F25bF25b
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Deutsche Kl.: 17 a-19German class: 17 a-19
Nummer: 1210 016Number: 1210 016
Aktenzeichen: S 690381 a/17 aFile number: S 690381 a / 17 a
Anmeldetag: 22. Juni 1960Filing date: June 22, 1960
Auslegetag: 3. Februar 1966Opening day: February 3, 1966
Die Erfindung betrifft eine zur Erzielung von Kühloder Wärmewirkungen oder zur Stromerzeugung dienende elektrothermische Vorrichtung, bei der zur Wärmezu- und/oder -abfuhr mit den zu einem Block zusammengefaßten Peltierelementen mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeitende Wärmeübertragungssysteme zusammengebaut sind.The invention relates to one for achieving cooling or heating effects or for generating electricity Serving electrothermal device, in which to supply and / or dissipate heat with the to a block combined Peltier elements with evaporation and condensation of an auxiliary medium working Heat transfer systems are assembled.
Bei elektrothermischen Vorrichtungen ist es bekannt, Peltierelemente zu einem Block zusammenzufassen,
der dazu dient, Kühl- oder Wärmewirkungen bei entsprechender Stromzufuhr bzw. umgekehrt
elektrischen Strom bei Anordnung des Peltierblocks zwischen entsprechenden Temperaturniveaus zu erzeugen.
Die zu einem Block zusammengefaßten Peltierelemente gestatten es, entsprechende Leistungen
auf verhältnismäßig kleinem Raum zusammenzudrängen. Die Wärmezu- und -abfuhr bei solchen Peltiereinheiten
kann günstig gestaltet werden, wenn man sie mit an sich bekannten indirekten Wärmeübertragungssystemen
zusammenbaut, die mit Verdampfung und Kondensation eines Hilfsmediums arbeiten. Diese Wärmeübertragungssysteme gestatten es, die
wärmeaufnehmende luftberührte Oberfläche auf der kalten Seite und die wärmeabgebende luftberührte
Oberfläche auf der warmen Seite räumlich von dem Peltierblock hinreichend zu trennen. Dabei sind die
Wärmeübertragungssysteme an den Wärmeaustauschflächen des Peltierblocks selbst mit als Kondensator
bzw. als Verdampfer arbeitenden Wärmeaustauschern, die verhältnismäßig kleinen Raumbedarf
haben, angebracht. Bei Verwendung von derartigen Wärmeübertragungssystemen muß man eine bestimmte
Relativlage der wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Wärmeaustauscher der Systeme
zueinander anwenden und auch die Umlaufleitungen an entsprechenden Stellen anschließen, um zu gewährleisten,
daß die Wärmeübertragungssysteme selbsttätig in Gang kommen und während der gewünschten
Zeit arbeiten. Es muß nämlich dafür gesorgt werden, daß der wärmeaufnehmende Teil
eines solchen Systems eindeutig unterhalb des zugeordneten, als Kondensator arbeitenden wärmeabgebenden
Teils liegt, und darüber hinaus müssen auch die Umlaufleitungen, welche diese beiden Teile
miteinander verbinden, so gelegt und angeschlossen sein, daß die im Verdampfer gebildeten Dämpfe
zwangsläufig zu der Anschlußstelle der Umlaufleitung, welche den Dampf zum Kondensator führt,
gelangen können und daß auch die andere Umlaufleitung, welche das Kondensat zurückführt, so liegt,
daß der Rückfluß sich ohne weiteres ergibt. Es liegt Zur Erzielung von Kühl- oder Wärmewirkungen
oder zur Stromerzeugung dienende
elektrothermische VorrichtungIn electrothermal devices, it is known to combine Peltier elements into a block which is used to generate cooling or heating effects when the power is supplied or, conversely, electrical power when the Peltier block is arranged between corresponding temperature levels. The Peltier elements combined to form a block make it possible to squeeze corresponding services together in a relatively small space. The heat supply and removal in such Peltier units can be designed favorably if they are assembled with indirect heat transfer systems known per se, which work with evaporation and condensation of an auxiliary medium. These heat transfer systems allow the heat-absorbing air-contact surface on the cold side and the heat-emitting air-contact surface on the warm side to be sufficiently separated spatially from the Peltier block. The heat transfer systems are attached to the heat exchange surfaces of the Peltier block itself with heat exchangers which work as condensers or evaporators and which require relatively little space. When using such heat transfer systems, one must apply a certain relative position of the heat-absorbing and heat-releasing heat exchangers of the systems to one another and also connect the circulation lines at appropriate points in order to ensure that the heat transfer systems start up automatically and work for the desired time. It must be ensured that the heat-absorbing part of such a system is clearly below the associated heat-emitting part working as a condenser, and in addition, the circulation lines connecting these two parts must be laid and connected in such a way that the im Evaporator formed vapors inevitably can reach the connection point of the circulation line, which leads the steam to the condenser, and that the other circulation line, which returns the condensate, is located so that the reflux occurs easily. It is used to achieve cooling or heating effects or to generate electricity
electrothermal device
Anmelder:Applicant:
Siemens-Electrogeräte Aktiengesellschaft,Siemens-Electrogeräte Aktiengesellschaft,
Berlin und München,Berlin and Munich,
München 1, Oskar-von-Miller-Ring 18Munich 1, Oskar-von-Miller-Ring 18
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Fritz Müller, Berlin-HermsdorfFritz Müller, Berlin-Hermsdorf
auf der Hand, daß die Einhaltung dieser Forderungen bestimmte Relativlagen aller Teile der Umlaufsysteme bedingt. Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung der betreffenden Art so zu gestalten, daß sie vielseitig verwendbar ist, ohne eine Lageänderung ihrer einzelnen Teile untereinander erforderlich zu machen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Wärmeübertragungssysteme so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie nach ihrem Zusammenbau mit dem Peltierblock wahlweise in beliebige Betriebslagen gebracht werden können, die in einem Bereich zwischen zwei senkrecht zueinander stehenden Betriebslagen liegen. Diese Maßnahme gestattet es also, den Peltierblock, welcher mit einem oder gegebenenfalls zwei Wärmeübertragungssystemen der behandelten Art zusammengebaut ist, je nach dem besonderen Verwendungs- und Einbauzweck in unterschiedlichen Betriebslagen anzuwenden, ohne daß deswegen der Aufbau der einzelnen Teile der Wärmeübertragungssysteme von Fall zu Fall geändert werden müßte. Man kann also beispielsweise einen Peltierblock dieser Art wahlweise so anordnen, daß die zusammengebauten einzelnen Peltierelemente in einer waagerechten oder in einer senkrechten Einbauebene liegen. In beiden Fällen ist in der eingangs beschriebenen Weise der selbsttätige Umlauf des Hilfsmediums gewährleistet. Eine solche unterschiedliche Verwendung der elektrothermischen Vorrichtung in verschiedenen, relativ zueinander geneigten Einbaulagen kann beispielsweise bei ihrer Verwendung in Verbindung mit Kühlvorrichtungen von Bedeutung sein. Je nach dem gewünschten räumlichen Aufbau einer solchen Kühlvorrichtung kann es erwünscht sein, den Peltierblock in dem einen Falle in waagerechter und in einem anderen Falle in senkrechterIt is obvious that compliance with these requirements has certain relative positions of all parts of the circulation systems conditional. The invention aims to design a device of the type in question so that it can be used in many ways without changing the position of its individual parts with one another close. For this purpose it is proposed according to the invention that the heat transfer systems are designed and arranged so that they after they have been assembled with the Peltier block, they can optionally be brought into any operating position that lie in an area between two mutually perpendicular operating positions. This measure therefore allows the Peltier block, which with one or, if necessary, two heat transfer systems of the type covered is assembled, depending on the particular use and installation purpose in different operating locations to apply without the structure of the individual parts of the heat transfer systems would have to be changed on a case-by-case basis. So you can use a Peltier block, for example this type optionally arrange so that the assembled individual Peltier elements in a horizontal or vertical installation plane. In both cases it is described in the introduction Way ensures the automatic circulation of the auxiliary medium. Such a different one Use of the electrothermal device in different installation positions that are inclined relative to one another may be of importance, for example, when used in conjunction with cooling devices be. Depending on the desired spatial structure of such a cooling device, it may be desirable be, the Peltier block in one case in a horizontal and in another case in a vertical one
609 503/70609 503/70
Anordnung am Kühlschrank zu befestigen. Es können auch Fälle vorkommen, in denen es wichtig ist, den Peltierblock in einer beliebig gegenüber der waagerechten, unter einem spitzen Winkel geneigten Lage anzuwenden. Für alle solche Verwendungszwecke bringt die Erfindung, insbesondere unter der Voraussetzung gleicher Leistung, die Möglichkeit, jeweils gleichartig aufgebaute Vorrichtungen anzuwenden. Attachment to the refrigerator. There may also be cases where it is important the Peltier block inclined at any point in relation to the horizontal at an acute angle Location to apply. For all such purposes, the invention brings, in particular under the Prerequisite for the same performance, the possibility of using similarly constructed devices.
Die zur Wärme- bzw. Kalteabgabe benutzte Seite des Peltierblocks kann beispielsweise durch eine ebene Wärmeaustauschfläche gebildet sein. Eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung, bei der man zu einem besonders intensiven Wärmeaustausch kommt, ergibt sich, wenn die die einzelnen Peltierelemente miteinander stromleitend verbindenden Brücken auf ihrer von den Elementen abgewendeten Seite direkt von dem flüssigen bzw. dampfförmigen HUfsmedium bespült sind. In diesem Falle bilden die von den Elementen abgewendeten ebenen Oberflächen der leitenden Brücken einen Bestandteil der Wand des Verdampfers bzw. des Kondensators des Wärmeübertragungssystems. Anordnungen dieser Art sind beispielsweise in dem älteren deutschen Patent 1165 051 vorgeschlagen worden.The side of the Peltier block used for the release of heat or cold can, for example, be replaced by a be formed flat heat exchange surface. Another embodiment of the invention at which one comes to a particularly intensive heat exchange results when the individual Peltier elements connected to one another electrically conductive bridges on their averted from the elements Side are flushed directly from the liquid or vaporous auxiliary medium. In this The case is formed by the flat surfaces of the conductive bridges facing away from the elements Part of the wall of the evaporator or the condenser of the heat transfer system. Arrangements of this type are proposed, for example, in the earlier German patent 1165 051 been.
Die äußeren Wärmeaustauscher der Wärmeübertragungssysteme können mit den Umlaufleitungen auch nachträglich in der für das selbsttätige Arbeiten der Systeme jeweils notwendigen Betriebslage an den Anschlußrohren der mit dem Peltierblock zusammengebauten Wärmeaustauscher angebracht werden. In. diesem Falle kann man also beispielsweise daran denken, daß der Peltierblock zusammen mit den unmittelbar daran angebauten Wärmeaustauschern an einer Fertigungsstelle hergestellt wird, während der Anschluß der Umläufleitungen und der äußeren Wärmeaustauscher und die Füllung dieser Systeme mit dem Hilfsmedium an einer anderen Fertigungsstelle erfolgen. The external heat exchangers of the heat transfer systems can be connected to the circulation pipes also retrospectively in the operating position required for the systems to work automatically attached to the connection pipes of the heat exchangers assembled with the Peltier block will. In. In this case one can think of it, for example, that the Peltier block together with the heat exchangers directly attached to it at a manufacturing site is, while the connection of the circulation lines and the external heat exchanger and the filling these systems are carried out with the auxiliary medium at a different production site.
Abweichend von der Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit starren Umlaufleitungen der Wärmeüberträgungssysteme, die dann von vornherein so -gestaltet ist, daß sich ein selbsttätiger Umlauf des Hilfsmediums in den verschiedenen unterschiedlichen Betriebslagen ohne weiteres ergibt, kann es dabei unter Umständen auch vorteilhaft sein, die Umlaufleitungen ganz oder teilweise als biegsame Rohrleitungen auszuführen. In diesem Falle ist es möglich, die Relativlage der äußeren Wärmeaustauscher zu den mit dem Peltierblock unmittelbar zusammengefügten Wärmeaustauschern der Umlaufsysteme auch nachträglich, beispielsweise nach Füllung und Abschluß, unter Ausnutzung der Biegsamkeit der Leitungen zu verändern. Notwithstanding the embodiment of the device according to the invention with rigid circulating lines of the heat transfer systems, which is then designed from the outset in such a way that a automatic circulation of the auxiliary medium in the various different operating positions without further results, it can under certain circumstances also be advantageous to completely or completely divert the circulation lines partially designed as flexible pipelines. In this case it is possible to determine the relative position of the external heat exchanger to the heat exchangers that are directly joined to the Peltier block the circulation systems also subsequently, for example after filling and completion, under Use of the flexibility of the lines to change.
Wenn es sich um größere Leistungen handelt, kann man in Weiterbildung der Erfindung eine Gruppe von mehreren, z. B. vier oder sechs Peltierblöcken zu einer größeren Baueinheit züsamrnenfassen, der auf einer oder auf beiden Seiten ■ein Wärmeübertragungssystem zugeordnet ist. Eine Solche große Baueinheit gibt verhältnismäßig leicht die Möglichkeit, die gegenseitige Verspannung der Wärmeaustauscher mit den Peltierblöcken mit geringem Raumbedarf auszuführen. Zu diesem Zweck kann man zwischen den kreisförmig angeordneten Peltierblöcken Befestigungsschrauben vorsehen, die die beiderseitigen Wärmeaustauscher gegen die Wärmeaustauschflächen. der Peltierblöcke drücken. An den mit dem Peltierblock verbundenen Wärmeaustauschern wird .vorzugsweise außer den beiden Anschlußrohren für die. Umlaufleitungen noch je ein Pumpstutzen angeordnet.If it is a question of greater achievements, one can develop the invention a Group of several, e.g. B. four or six Peltier blocks together to form a larger unit, to which a heat transfer system is assigned on one or both sides. One Such a large unit is relatively easily the possibility of the mutual bracing of the Execute heat exchangers with the Peltier blocks with little space requirement. To this end one can provide fastening screws between the circularly arranged Peltier blocks, which the heat exchangers on both sides against the heat exchange surfaces. press the Peltier blocks. On the heat exchangers connected to the Peltier block, preferably apart from the two Connection pipes for the. Circulating lines each have a pump nozzle.
Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Further features essential to the invention emerge from the following description of FIG Embodiments shown in the figures of the drawings.
F i g. 1 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Peltierblock, der auf beiden Seiten mit Wärmeübertragungssystemen ausgerüstet ist.F i g. 1 shows schematically, as an embodiment of the invention, a Peltier block that is based on both Sides is equipped with heat transfer systems.
In F i g. 2 und 3 ist in einem Querschnitt und in einer Draufsicht schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine aus sechs Peltierblöcken zu einer Baueinheit zusammengefaßte Anordnung nach der Erfindung dargestellt.In Fig. 2 and 3 is an exemplary embodiment schematically in a cross section and in a plan view for an arrangement made up of six Peltier blocks to form a structural unit according to the Invention shown.
Mit 1 ist in F ί g. 1 der aus einer Mehrzahl von Peltierelementen zusammengesetzte Peltierblock bezeichnet. Dieser Block besitzt auf der wärmeabgebenden Seite 2 und auf der wärmeaufnehmenden Seite 3 ebene Wärmeaustauschflächen, an die der Verdampfet 4 bzw. der Kondensator 5 je eines Wärmeübertragungssystems angesetzt ist.With 1 is in F ί g. 1 of a plurality of Peltier blocks composed of Peltier elements. This block possesses on the exothermic Side 2 and on the heat-absorbing side 3 flat heat exchange surfaces to which the Evaporated 4 or the condenser 5 is attached to a heat transfer system.
An dem Verdampfer 4 ist ein Rohrstutzen 15 für die Fortleitung des Dampfes und ein Rohrstutzen 6 für die Rückführung der Flüssigkeit angeordnet. Ein entsprechender Rohrstutzen? für die Zuführung des Dampfes und ein Rohrstutzen 8 für die Abführung der Flüssigkeit sind am Kondensator 5 vorgesehen. Mit 9 ist als äußerer Wärmeaustauscher auf der wärmeabgebenden Seite ein DrahtverfLüssiger bezeichnet, dem die Umlaufleitungen 10 und 11 zugeordnet sind. Auf der wärmeaufnehmenden Seite ist mit 12 ein Verdampfer bezeichnet, dem die Umlaufleitungen 13 und 14 zugeordnet sind. Das dargestellte System kann wahlweise in der gezeichneten Lage angewendet werden, in welcher der Peltierblock waagerecht liegt, oder es kann auch in einer um $0° nach links gedrehten Läge angewendet werden, in der die Peltierelemente in einer senkrecht stehenden Ebene A-B Hegen. In beiden Fällen ist durch den dargestellten Anschluß der Rohrstutzen 6, 7, 8 und 15 und die Relativlage der gezeichneten Wärmeaustauscher und der Umläüfleitungen dafür gesorgt, daß die Wärmeübertragungssysteme selbsttätig im richtigen Sinn arbeiten können. Das dargestellte System kann beispielsweise so angewendet werden, daß der Peltierblock 1 mit den Wärmeaustauschern 4 und S und den daran bereits befestigten Rohrstutzen 6, Ί, 8 und 15 fertig zusammengebaut wird und daß nachträglich, je nach der gewünschten Einbaulage, die äußeren Wärmeaustauscher 9 bzw. 12 mit den Umlaufleitungen an die Rohrstutzen angeschlossen und die Systeme gefüllt werden. Eine andere Möglichkeit besteht aber auch darin, daß an der Fertigungsstelle mit dem Peltierblock 1 bereits die dargestellten Umlaufsysteme 4,9 und 5,12 zusammengebaut werden.A pipe socket 15 for the forwarding of the steam and a pipe socket 6 for the return of the liquid are arranged on the evaporator 4. A corresponding pipe socket? for the supply of the steam and a pipe socket 8 for the discharge of the liquid are provided on the condenser 5. A wire condenser, to which the circulation lines 10 and 11 are assigned, is designated as an external heat exchanger on the heat-emitting side. On the heat-absorbing side, 12 denotes an evaporator to which the circulation lines 13 and 14 are assigned. The system shown can either be used in the position shown, in which the Peltier block lies horizontally, or it can also be used in a position rotated by $ 0 ° to the left, in which the Peltier elements lie in a vertical plane AB . In both cases, the connection shown for the pipe sockets 6, 7, 8 and 15 and the relative position of the drawn heat exchangers and the circulation lines ensure that the heat transfer systems can work automatically in the correct direction. The system shown can be used, for example, in such a way that the Peltier block 1 with the heat exchangers 4 and S and the pipe sockets 6, Ί, 8 and 15 already attached to it is completely assembled and that afterwards, depending on the desired installation position, the outer heat exchangers 9 or 12 are connected to the pipe sockets with the circulation lines and the systems are filled. Another possibility, however, is that the circulating systems 4, 9 and 5, 12 shown are already assembled at the manufacturing site with the Peltier block 1.
Bei dem in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Gruppe von sechs Peltierblöcken 21 bis 26 zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Auf beiden Seiten sind der Peltiergruppe Wärmeübertragungssysteme zugeordnet. Zwischen den kreisförmig angeordneten Peltierblöcken sind Rohre 27 bis 32 vorgesehen, durch welche hindurchIn the case of the one shown in FIG. 2 and 3 illustrated embodiment a group of six Peltier blocks 21 to 26 is combined into one structural unit. Heat transfer systems are assigned to the Peltier group on both sides. Between The circularly arranged Peltier blocks are provided with tubes 27 to 32 through which
Befestigungsschrauben eingesetzt werden können, die die beiderseitigen Wärmeaustauscher gegen die Wärmeaustauschflächen der Peltierblöcke drücken.· Auf der warmen Seite der Peltierblöcke ist als Wärmeaustauscher der Verdampfer 33 und auf der kalten Seite als Wärmeaustauscher der Kondensator 34 vorgesehen. Am Verdampfer 33 ist der Rohrstutzen 35 für die Fortleitung des Dampfes, der Rohrstutzen 36 für die Rückführung der Flüssigkeit und der Pumpstutzen 37 vorgesehen. Am Kondensator 34 ist der Pumpstutzen 38, der zur Dampfzuführung dienende Rohrstutzen 39 und der zur Flüssigkeitsabführung dienende Rohrstutzen 40 angeschlossen. Der Anschluß dieser Rohrstutzen ist auch hier wieder so gewählt, daß man die gesamte Gruppe der Peltierblöcke wahlweise in der in F i g. 2 gezeichneten senkrecht stehenden Lage oder auch in einer gegenüber dieser Lage um 90° in der Richtung des Pfeiles 41 geschwenkten waagerechten Lage anwenden kann, ohne daß wegen dieser Lageänderung eine Änderung hinsichtlich der Anordnung und Lage der Anschlußstutzen notwendig wäre. An die Rohrstutzen 35, 36 ist bei dieser Anordnung ein schematisch angedeuteter äußerer Kondensator 42 und an die Rohrstutzen 39, 40 ein äußerer Verdampfer 43 angeschlossen.Fastening screws can be used that the heat exchangers on both sides against the Press the heat exchange surfaces of the Peltier blocks. · On the warm side of the Peltier blocks is as Heat exchanger the evaporator 33 and on the cold side as a heat exchanger the condenser 34 provided. On the evaporator 33 is the pipe socket 35 for the forwarding of the steam, the Pipe socket 36 for the return of the liquid and the pump socket 37 are provided. On the capacitor 34 is the pump nozzle 38, the pipe nozzle 39 serving for the steam supply and the one for the Pipe sockets 40 serving liquid discharge connected. The connection of this pipe socket is again chosen in such a way that the entire group of Peltier blocks can be selected in the in F i g. 2 drawn vertical position or in a 90 ° opposite this position in the Direction of arrow 41 can apply pivoted horizontal position without being because of this Change of position A change in terms of the arrangement and position of the connecting pieces is necessary were. In this arrangement, a schematically indicated external condenser is attached to the pipe socket 35, 36 42 and an external evaporator 43 is connected to the pipe socket 39, 40.
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British Patent No. 798 882.
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