DE20200947U1 - Peltier block - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Peltierblock mit Peltierelementen, einer Warmseite und einer Kaltseite, wobei die Peltierelemente zwischen der Warmseite und der Kaltseite angeordnet sind.The invention relates to a Peltier block with Peltier elements, a warm side and a cold side, wherein the Peltier elements are arranged between the warm side and the cold side.
Ein derartiger Peltierblock ist durch das Deutsche Gebrauchsmuster 299 01 422 bekannt. Bei diesem Peltierblock wird insbesondere durch die Verwendung einer federbelasteten Druckplatte eine gute Wärme- bzw. Kälteleistung erzielt. Nachteiligerweise ist die Wärme- bzw. Kälteleistung noch nicht optimiert.Such a Peltier block is known from the German utility model 299 01 422. In this Peltier block, a good heating or cooling performance is achieved in particular through the use of a spring-loaded pressure plate. Unfortunately, the heating or cooling performance is not yet optimized.
Durch die DE 3639089 A1 ist eine thermoelektrische Kühlvorrichtung bekannt, welche ebenfalls einen Peltierblock mit einer Warmseite und einer Kaltseite aufweist, die jeweils an einen Wärmetauscher anliegen. Um eine wirkungsvollere Verteilung des Wärmestromes auf den Wärmetauscher zu ermöglichen, ist die an dem Peltierblock anliegende Seite des Wärmetauschers mit einer Edelmetallbeschichtung mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit versehen.DE 3639089 A1 discloses a thermoelectric cooling device which also has a Peltier block with a warm side and a cold side, each of which is connected to a heat exchanger. In order to enable a more effective distribution of the heat flow to the heat exchanger, the side of the heat exchanger which is connected to the Peltier block is provided with a precious metal coating with increased thermal conductivity.
Die Aufgabe der Erfindung wird somit darin gesehen, bei dem Peltierblock der eingangs genannten Art eine Verbesserung der Wärme- bzw. der Kälteleistung zu erzielen.The object of the invention is therefore to achieve an improvement in the heating or cooling performance of the Peltier block of the type mentioned at the beginning.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einem Peltierblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiterhin zwischen der Warmseite und der Kaltseite mindestes ein Distanzelement zur Vergrößerung des Abstandes der Warmseite von der Kaltseite angeordnet ist. Bei der Durchführung von Meßreihen hinsichtlich der Leistungsbilanz hat sich überraschend herausgestellt, daß eine erheblich bessere Leistung erzielt wird, wenn die Warmseite und die Kaltseite räumlich deutlich voneinander getrennt sind. Hierdurch wird eine thermische Entkopplung bewirkt. Die Leistungsverbesserung gegenüber dem bekannten Peltierblock ohne Distanzelement beträgt dabei mindestens 20 %.To achieve this object, the invention proposes that in a Peltier block according to the preamble of claim 1, at least one spacer element is arranged between the warm side and the cold side to increase the distance between the warm side and the cold side. When carrying out series of measurements with regard to the power balance, it was surprisingly found that a considerably better performance is achieved when the warm side and the cold side are spatially clearly separated from one another. This brings about thermal decoupling. The improvement in performance compared to the known Peltier block without a spacer element is at least 20%.
Um einen effektiven Wärmeübertrag von den Peltierelementen auf die Warmseite bzw. Kaltseite zu ermöglichen, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß das mindestens eine Distanzelement eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Die Dicke des Distanzelementes und damit die Größe der räumlichen Trennung von Warmseite und Kaltseite kann recht unterschiedlich sein. Vorteilhafterweise entspricht jedoch die Dicke des mindestens einen Distanzelementes mindestens der Dicke der Peltierelemente. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, daß die Dicke des mindestens einen Distanzelementes etwa das zweifache oder das dreifache der Dicke des Peltierelementes ist.In order to enable effective heat transfer from the Peltier elements to the warm side or cold side, a preferred embodiment of the invention provides that the at least one spacer element has a high thermal conductivity. The thickness of the spacer element and thus the size of the spatial separation between the warm side and cold side can vary considerably. However, the thickness of the at least one spacer element advantageously corresponds at least to the thickness of the Peltier elements. It has been found to be particularly advantageous that the thickness of the at least one spacer element is approximately twice or three times the thickness of the Peltier element.
Zur Vergrößerung des Abstandes zwischen der Warmseite und der Kaltseite sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwei Distanzelemente vorgesehen sind, welche jeweils an den gegenüberliegenden Seiten der Peltierelemente anliegen.To increase the distance between the warm side and the cold side, a further embodiment of the invention provides for two spacer elements to be provided, each of which rests on the opposite sides of the Peltier elements.
Eine weitere Leistungssteigerung kann durch eine Anordnung mehrerer Peltierblöcke innerhalb einer Peltierblockkaskade erreicht werden. Deshalb sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß der erfindungsgemäße Peltierblock innerhalb einer Peltierblockkaskade angeordnet ist, welche mehrere Peltierblöcke aufweist, wobei alle Peltierblöcke eine gemeinsame Warmseite bzw. Kaltseite haben.A further increase in performance can be achieved by arranging several Peltier blocks within a Peltier block cascade. Therefore, a preferred embodiment of the invention provides that the Peltier block according to the invention is arranged within a Peltier block cascade which has several Peltier blocks, whereby all Peltier blocks have a common warm side or cold side.
Durch die verbesserte Leistungsbilanz kann der erfindungsgemäße Peltierblock vorteilhafterweise in einem Kühlschrank zur Kühlung des Innenraumes oder in einer Warmwasserbereitungsanlage wie beispielsweise einem Warmwasserspeicher verwendet werden. Ein derartiger Kühlschrank oder Warmwasserspeicher ist absolut Schadstoffrei, benötigt nur einen geringen Energieaufwand, ist wartungsfrei, geräuschlos und hat ein geringes Gewicht.Due to the improved performance balance, the Peltier block according to the invention can advantageously be used in a refrigerator for cooling the interior or in a hot water preparation system such as a hot water tank. Such a refrigerator or hot water tank is completely free of pollutants, requires only a small amount of energy, is maintenance-free, noiseless and has a low weight.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Hierbei stellen dar:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing shows embodiments of the invention. Here:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Peltierblocks gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a side view of a Peltier block according to a first embodiment,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Peltierblocks gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 is a side view of a Peltier block according to a second embodiment,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Peltierblocks gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 is a side view of a Peltier block according to a third embodiment,
Fig. 4 eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Peltierblocks innerhalb eines Kühlschranks in abgebrochener Darstellung undFig. 4 shows an arrangement of a Peltier block according to the invention within a refrigerator in a broken view and
Fig. 5 eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Peltierblocks innerhalb eines Warmwasserspeichers.Fig. 5 shows an arrangement of a Peltier block according to the invention within a hot water tank.
Der erfindungsgemäße Peltierblock 1 gemäß Fig.1 weist eine Warmseite 2, mehrere Peltierelemente 3 und eine Kaltseite 4 auf. Die Peltierelemente 3 sind zwischen der Warmseite 2 und der Kaltseite 3 angeordnet. Zur Vergrößerung des Abstandes der Warmseite 2 von der Kaltseite 3 ist anliegend an die Peltierelemente 3 zwischen der Warmseite 2 und der Kaltseite 3 ein Distanzelement 5 vorgesehen. Das Distanzelement 5 besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit, um einen wirkungsvollen Wärmeübertrag von den Peltierelementen 3 auf die Warmseite 2 zu ermöglichen. Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht das Distanzelement 5 aus Kupfer. Es sind jedoch auch andere Werkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit denkbar. Die Dicke -der Peltierelemente 3 beträgt 4 mm und die Dicke des Distanzelementes 5 beträgt 10 mm. Jeweils zur Oberseite und zur Unterseite des Peltierblocks 1 wird der Raum zwischen der Warmseite und der Kaltseite durch einen dicht umschließenden Isolierschaum 6 abgeschlossen.The Peltier block 1 according to the invention as shown in Fig. 1 has a warm side 2, several Peltier elements 3 and a cold side 4. The Peltier elements 3 are arranged between the warm side 2 and the cold side 3. To increase the distance between the warm side 2 and the cold side 3, a spacer element 5 is provided adjacent to the Peltier elements 3 between the warm side 2 and the cold side 3. The spacer element 5 has a high thermal conductivity in order to enable effective heat transfer from the Peltier elements 3 to the warm side 2. In the embodiments described here, the spacer element 5 is made of copper. However, other materials with high thermal conductivity are also conceivable. The thickness of the Peltier elements 3 is 4 mm and the thickness of the spacer element 5 is 10 mm. The space between the warm side and the cold side is closed off by a tightly enclosing insulating foam 6 on the top and bottom of the Peltier block 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 sind zwei Distanzelemente 5 vorgesehen. Das erste Distanzelement 5 ist zwischen der Warmseite 2 und den Peltierelementen 3 angeordnet, während das zweite Distanzelement 5 zwischen den Peltierelementen 3 und der Kaltseite 4 angeordnet ist.In the embodiment according to Fig. 2, two spacer elements 5 are provided. The first spacer element 5 is arranged between the warm side 2 and the Peltier elements 3, while the second spacer element 5 is arranged between the Peltier elements 3 and the cold side 4.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 sind zwei Reihen von Peltierelementen 3 vorgesehen. Die erste Reihe der Peltierelemente 3 liegt direkt an der Warmseite 2 an, während die zweite Reihe der Peltierelemente 3 direkt an der Kaltseite 4 anliegt. Zur Vergrößerung des Abstandes von der Warmseite 2 zur Kaltseite 4 ist nunIn the embodiment according to Fig.3, two rows of Peltier elements 3 are provided. The first row of Peltier elements 3 is directly adjacent to the warm side 2, while the second row of Peltier elements 3 is directly adjacent to the cold side 4. To increase the distance from the warm side 2 to the cold side 4,
zwischen diesen beiden Reihen von Peltierelementen 3 das Distanzelement 5 angeordnet.The spacer element 5 is arranged between these two rows of Peltier elements 3.
Die Warmseite 2 und die Kaltseite 4 des Peltierblocks 1 können jeweils als Luftkühler oder als Wasserkühler ausgebildet sein. Der Luftkühler oder Wasserkühler kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Peltierblock kann in unterschiedlichen Geräten wie beispielsweise einem Kühlschrank, einem Gefrierschrank, einer Kühl-Gefrierkombination oder einem Warmwasserspeicher verwendet werden.The warm side 2 and the cold side 4 of the Peltier block 1 can each be designed as an air cooler or as a water cooler. The air cooler or water cooler can be designed as either a single part or as multiple parts. The Peltier block according to the invention can be used in different devices such as a refrigerator, a freezer, a fridge-freezer combination or a hot water tank.
Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Peltierblocks innerhalb eines Kühlschranks ist in Fig.4 dargestellt. Bei einem Kühlschrankgehäuse 7 ist in der Unterseite 8 eine Peltierblockkaskade 9 angeordnet. Mittels eines Innengebläses 10 wird ein kräftiger Kaltluftstrom 11 im Innenraum 12 des Kühlschrankgehäuses 7 erzielt, welcher durch die als einteiliger Luftkühler ausgebildete Kaltseite 4 der Peltierblockkaskade 9 geführt wird. Ein Luftstrom 13 zur Kühlung der als dreiteiliger Luftkühler ausgebildeten Warmseite 2 der Peltierblockkaskade 9 wird durch einen Luftkanal 14 außerhalb der Unterseite 8 und durch die Warmseite 2 geführt und mittels eines Außengebläses 15 von der Vorderseite angesaugt. Der nach Passieren der Warmseite 2 etwas erwärmte Luftstrom 13 wird nach hinten weggeblasen. Die Peltierblockkaskade 9 kann in gleicher Weise auch in einer Rückwand des Kühlschrankes angeordnet sein und der Luftstrom 13 kann über eine Oberseite des Kühlschrankgehäuses 7 geführt werden. Der Kühlschrank mit den erfindungsgemäßen Peltierblöcken zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus, ist geräuschlos, wartungsfrei, benötigt nur einen geringen Energieaufwand und ist absolut Schadstoffrei.A use of the Peltier block according to the invention within a refrigerator is shown in Fig. 4. In a refrigerator housing 7, a Peltier block cascade 9 is arranged in the underside 8. By means of an internal fan 10, a powerful cold air flow 11 is achieved in the interior 12 of the refrigerator housing 7, which is guided through the cold side 4 of the Peltier block cascade 9, which is designed as a one-part air cooler. An air flow 13 for cooling the warm side 2 of the Peltier block cascade 9, which is designed as a three-part air cooler, is guided through an air duct 14 outside the underside 8 and through the warm side 2 and is sucked in from the front by means of an external fan 15. The air flow 13, which is slightly warmed after passing the warm side 2, is blown away to the rear. The Peltier block cascade 9 can also be arranged in a rear wall of the refrigerator in the same way and the air flow 13 can be guided over an upper side of the refrigerator housing 7. The refrigerator with the Peltier blocks according to the invention is characterized by its low weight, is noiseless, maintenance-free, requires only a small amount of energy and is absolutely free of pollutants.
Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Peltierblocks innerhalb eines Warmwasserspeichers 16 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Peltierblockkaskade 9 ist in einer Seitenwand 17 des Warmwasserspeichers 16 angeordnet. Über einen Kaltwasserzulauf 18 wird das Wasser durch die Warmseite 2 und über einen Steigkanal 19 zu einem Warmwasserablauf 20 geführt. Die Warmseite 2 ist hier als Wasser-Kühlkörper ausgebildet. Die Kaltseite 4 ist als Luftkühler ausgebildet, durch welchen mittels eines oberhalb des Luftkühlers angeordneten Radialgebläses 21 ein Raumluftstrom geführt wird. Der Warmwasserspeicher mit den erfindungsgemäßenA use of the Peltier block according to the invention within a hot water tank 16 is shown in Fig. 5. The Peltier block cascade 9 is arranged in a side wall 17 of the hot water tank 16. The water is led through the hot side 2 via a cold water inlet 18 and via a riser 19 to a hot water outlet 20. The hot side 2 is designed here as a water cooling body. The cold side 4 is designed as an air cooler, through which a room air flow is led by means of a radial fan 21 arranged above the air cooler. The hot water tank with the inventive
Peltierblöcken ist energiesparend, wartungsfrei, kostengünstig und kann durch Verwendung unterschiedlicher Peltierblockkaskaden mit unterschiedlicher Leistung betrieben werden.Peltier blocks are energy-saving, maintenance-free, cost-effective and can be operated with different power levels by using different Peltier block cascades.
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