DE102007060309A1 - Tempering equipment for air-conditioning system, particularly for interior arrangement of vehicles and for bolster, has electro thermal transducer, which has cold side and hot side - Google Patents

Abstract

The tempering equipment (110) has an electro thermal transducer, which has a cold side and a hot side. Two of the components of the tempering equipment or the electro thermal transducer stuck together partially with one another. A heat exchanger unit is arranged to the cold side and another heat exchanger unit is arranged to the hot side. An independent claim is included for a method for manufacturing tempering equipment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gegenstände und Verfahren nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The The present invention relates to articles and methods according to the Topics of the independent Claims.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Es wird ein technisches Konzept nach den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.It a technical concept according to the independent claims is proposed. Further advantageous embodiments are the following description and the dependent claims removable.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft hinsichtlich Herstellungskosten, Herstellungsaufwand, Effizienz, Sicherheit, Ergonomie, gesundheitlicher Verträglichkeit, Betriebskosten, Wirksamkeit, Betriebssicherheit, Kontaktierbarkeit, Bedienbarkeit, Belastbarkeit, Einsatzspektrum, Regelung, Materialverbrauch, Energieverbrauch, Stabilität, Platzbedarf, Regelaufwand, Lebensdauer, Gewicht, Zeitbedarf, Geschwindigkeit.The Invention is particularly advantageous in terms of manufacturing costs, Production costs, efficiency, safety, ergonomics, health compatibility, Operating costs, effectiveness, reliability, contactability, Operability, load capacity, range of application, regulation, material consumption, Energy consumption, stability, Space requirement, control effort, service life, weight, time required, speed.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für Temperiereinrichtungen und ihrer Verwendung in Klimatisierungseinrichtungen insbesondere für alle gepolsterten Gegenstände, insbesondere Fahrzeugsitze, Sitzauflagen, Verkleidungselemente von Fahrgasträumen, Sessel oder bspw. Büroausstattung.The Invention is basically for tempering equipment and their use in air conditioning equipment in particular for all padded objects, in particular vehicle seats, seat cushions, cladding elements of Passenger spaces, Armchair or office equipment, for example.

Figurencharacters

Im Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen sollen die Erfindung verständlich machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen sich im Rahmen der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsfor men selbstverständlich untereinander kombiniert werden. Entscheidend ist, dass das Konzept der Erfindung im Wesentlichen umgesetzt ist. „Im Wesentlichen" bedeutet, dass ein entsprechendes Merkmal (z. B. der Ansprüche) zu mindestens 50% erfüllt ist, vorzugsweise zu mindestens 90%, vorzugsweise zu mindestens 95% bzw. 99%.in the Details of the invention will be explained below. These designs the invention should be understood do. However, they have only exemplary character. Of course, let in the context of the invention, one or more described Also omit, modify or supplement features. Also, the Features of different Ausführungsfor men of course with each other be combined. It is crucial that the concept of the invention is essentially implemented. "Essentially" means that a corresponding Characteristic (eg of the claims) at least 50% fulfilled is, preferably at least 90%, preferably at least 95% and 99% respectively.

Nachfolgend wird Bezug genommen auf:following reference is made to:

1 Kraftfahrzeug im teilweisen Längsschnitt mit Klimatisierungseinrichtung 1 Motor vehicle in partial longitudinal section with air conditioning device

2 Querschnitt durch eine Temperiereinrichtung der Klimatisierungseinrichtung von 1 2 Cross section through a tempering of the air conditioning of 1

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

1 zeigt ein Fahrzeug 1000. Dabei kann es sich z. B. um ein Flugzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder wie hier um ein Kraftfahrzeug handeln. 1 shows a vehicle 1000 , It may be z. As an aircraft, a rail vehicle, a ship or act as here to a motor vehicle.

Das Fahrzeug 1000 weist mindestens einen Inneneinrichtungsgegenstand 1100 auf. Darunter werden im Zweifel alle Bauteile verstanden, mit denen ein Benutzer der Fahrgastzelle in Kontakt kommen kann, wie z. B. eine Lenkeinrichtung für Fahrzeuge 1120, ein Armaturenbrett 1130, eine Armauflage 1140, eine Türverkleidung 1150, eine Sitzauflage 1160, eine Wärmedecke 1170, ein Fahrzeughimmel 1180, ein Polster 400, ein Bezug 500 oder ein Sitz 1110.The vehicle 1000 has at least one interior furnishing item 1100 on. These are understood in doubt all components with which a user of the passenger compartment can come into contact, such. B. a steering device for vehicles 1120 , a dashboard 1130 , an armrest 1140 , a door panel 1150 , a seat pad 1160 , a thermal blanket 1170 , a vehicle sky 1180 , a cushion 400 , a reference 500 or a seat 1110 ,

Der Einrichtungsgegenstand 1100 weist vorzugsweise mindestens ein Polster 400 und/oder mindestens einen Bezug 500 auf.The furniture object 1100 preferably has at least one pad 400 and / or at least one reference 500 on.

Der Inneneinrichtungsgegenstand 1100 weist vorzugsweise mindestens eine Klima-Konditioniereinrichtung 100 auf. Sie dient z. B. der Temperierung/Klimatisierung von benutzerberührten Flächen im Fahrgastraum eines Fahrzeuges. Sie weist mindestens eine Temperiereinrichtung 110, mindestens eine Luftführungseinrichtung 120 und/oder mindestens eine Feuchteregulie rungseinrichtung 140 auf. Unter Temperiereinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die zur gezielten Veränderung der Temperatur in ihrer Umgebung genutzt werden kann, z. B. alle Vorrichtungen mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand, einer Wärmepumpe, einem Peltierelement und/oder einer Luftbewegungseinrichtung, z. B. einem Ventilator, aufweist, oder im Wesentlichen daraus gebildet ist. Unter Luftführungseinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die zur gezielten Veränderung der Luftzusammensetzung oder der Luftströmungen in einem bestimmten Flächen- oder Raumbereich zum Luftaustausch genutzt werden kann, wie z. B. Bordklimaanlage, zumindest teilweise luftdurchlässige Abstandsmedien, Abstandsgewirke und/oder Klimatisierungseinleger. Unter Feuchteregulierungseinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, die der Regulierung der Luftfeuchtigkeit in ihrer Umgebung dient, insbesondere genannte Temperiereinrichtungen, Feuchtigkeitsabsorber wie Aktivkohlefasern oder polymere Superabsorber,The interior decoration object 1100 preferably has at least one air conditioner 100 on. It serves z. B. the temperature / air conditioning of user-contacted areas in the passenger compartment of a vehicle. It has at least one tempering device 110 , at least one air guide device 120 and / or at least one humidity regulation device 140 on. Tempering is understood to mean any device that can be used for targeted change in the temperature in their environment, eg. B. all devices with at least one electrical heating resistor, a heat pump, a Peltier element and / or an air movement device, for. As a fan, comprises, or is formed essentially of it. Under air guide device is understood to mean any device that can be used to selectively change the air composition or the air currents in a certain area or space area for air exchange, such. B. on-board air conditioning, at least partially air-permeable spacing media, spacer knitted fabric and / or air conditioning insert. Moisture regulating device is understood to mean a device which serves to regulate the humidity in its surroundings, in particular tempering devices mentioned, moisture absorbers such as activated carbon fibers or polymeric superabsorbers,

Die Temperiereinrichtung 110 ist über mindestens eine Verbindungsleitung 119 an eine Stromquelle angeschlossen.The tempering device 110 is via at least one connecting line 119 connected to a power source.

Ein elektrothermischer Wandler 112 ist eine Einrichtung zum Wandeln elektrischer Energie in thermische Energie und/oder zur Erzeugung eines Temperaturgefälles zwischen zwei Orten mittels elektrischer Energie. Beispiele hierfür sind Peltierelemente.An electrothermal transducer 112 is a device for converting electrical energy into thermal energy and / or for generating a temperature gradient between two locations by means of electrical energy. Examples are Peltier elements.

Eine Kaltseite 114 ist eine Seite des elektrothermischen Wandlers 112, die bei Betrieb des Wandlers abgekühlt wird. Diese kann baubedingt stets gleich bleibend oder je nach Stromdurchfluss umpolbar seinA cold side 114 is a side of the electric thermal converter 112 , which is cooled during operation of the converter. Depending on the construction, this can always be the same or depending on the current flow

Eine Warmseite 115 ist eine Seite des elektrothermischen Wandlers 112, die bei Betrieb des Wandlers erwärmt wird.A warm side 115 is a side of the electrothermal transducer 112 which is heated during operation of the converter.

Zum Verkleben sind besonders Wärmeleitkleber geeignet. Dabei handelt es sich um Stoffe, die gut Wärme leiten, um Weiterleitungsverlust vom elektrothermischen Wandler 112 auf die Wärmetauschereinrichtungen 130, 131 zu minimieren und zumindest zwei Objekte zumindest geringfügig aneinander haf ten lassen. Beispiele hierfür sind silikonfreie Wärmeleitpasten, z. B. auf Basis synthetischer Fette mit metallischen Beimengungen, wie Zinkoxidpartikel. Weitere Beispiele sind Zwei-Komponenten-Klebstoffe, z. B. auf Epoxidbasis. Weiterhin sind Klebstoffe auf PSA-Basis geeignet. Die Klebstoffe können als Flüssigklebstoffe aufgetragen sein. Sie können jedoch auch z. B. als Klebeband eingebracht sein. Bspw. als thermisch leitfähiges PSA-Klebeband mit einer Verstärkung durch eine elektrisch leitfähige Folie, z. B. aus Kapton^TM. Außerdem kommen Wachse und Harze in Betracht, insbesondere wenn sie mit Metallen oder Metalloxiden vermischt sind. Beim Verkleben von Komponenten der Temperiereinrichtung 110 wird vorzugsweise ein Klebstoff benutzt, der auch nach Verklebung noch elastisch ist. Dadurch erhalten die Halbleiterbausteine Spielraum um thermische Ausdehnungsbewegungen ohne Risse oder Brüche ausführen zu können.For bonding especially thermal adhesive are suitable. These are substances that conduct heat well, for transmission loss from the electrothermal transducer 112 on the heat exchanger devices 130 . 131 minimize and at least slightly adhere to each other at least two objects. Examples of these are silicone-free thermal pastes, z. B. based on synthetic fats with metallic admixtures, such as zinc oxide particles. Further examples are two-component adhesives, e.g. B. on epoxy basis. Furthermore, PSA-based adhesives are suitable. The adhesives can be applied as liquid adhesives. However, you can also z. B. introduced as an adhesive tape. For example. as a thermally conductive PSA adhesive tape with a reinforcement by an electrically conductive film, for. From Kapton ^™ . In addition, waxes and resins come into consideration, especially when mixed with metals or metal oxides. When bonding components of the tempering 110 an adhesive is preferably used, which is still elastic even after bonding. This gives the semiconductor devices room to perform thermal expansion movements without cracks or fractures.

In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrothermischen Wandlers 112 hat dieser mindesten zwei Halbleiterelemente. Ein Halbleiterelement ist zumindest teilweise P-dotiert, das andere zumindest in N-dotiert. Die beiden Halbleiterelemente sind jeweils an einer ihrer Seiten mit einem Überbrückungselement verbunden. An ihrer jeweils anderen Seite liegen die Halbleiterbauelemente an einer elektrischen Spannungsquelle an.In a preferred embodiment of the electrothermal transducer 112 this has at least two semiconductor elements. A semiconductor element is at least partially P-doped, the other at least in N-doped. The two semiconductor elements are each connected at one of their sides with a bridging element. At their respective other side, the semiconductor components are connected to an electrical voltage source.

2 zeigt eine Temperiereinrichtung 110 mit elektrischen Halbleiterbausteinen 220a–f. Diese sind abwechselnd und sandwichartig zwischen Brückenelement 200a–g angeordnet. 2 shows a tempering device 110 with electrical semiconductor components 220a f. These are alternating and sandwiched between bridge element 200a -G arranged.

Die Brückenelemente 200 sind vorzugsweise auf jeweils einer der Wärmetauschereinrichtungen 140, 141 aufgelötet oder aufgeschweißt. Sie können aber auch aufgeklebt sein. Es ist auch möglich, die Brückenelemente 200 in Form von Leiterbahnen aus Zinn, Kupfer, Silberdruckpaste und/oder elektrisch leitfähigem Kleber anzuordnen. Die Befestigung der Brückenelemente 200 findet vorzugsweise an einer Keramikplatte statt, die vorzugsweise alle Brückenelemente 200 und Halbleiterbausteine 220 an ihrer Kaltseite 114 bzw. an der Warmseite 115 überdeckt.The bridge elements 200. are preferably on each one of the heat exchanger devices 140 . 141 soldered or welded. But you can also be glued on. It is also possible to use the bridge elements 200. in the form of printed conductors made of tin, copper, silver-print paste and / or electrically conductive adhesive. The attachment of the bridge elements 200. preferably takes place on a ceramic plate, which preferably all bridge elements 200. and semiconductor devices 220 on her cold side 114 or on the warm side 115 covered.

Mindestens eine Wärmetauschereinrichtung 140, 141 weist mindestens eine Verteilerplatte 145, 146 und einen metallischen Wärmeverteiler 147, 148 mit Kammstruktur auf. Diese Anordnung befindet sich vorzugsweise in einer Klimatisierungseinrichtung. Dort wird ein erster Luftstrom an der einen Seite der Temperiereinrichtung 110 entlang geführt. Dadurch nimmt er bspw. Wärme auf. Soll geheizt werden, so wird dieser aufgewärmte Strom dem Benutzer zugeführt. Ein zweiter Luftstrom streicht an der gegenüber liegenden Wärmetauschereinrichtung 130, 131 vorbei. Dort gibt er seine Wärmeenergie an die Wärmetauschereinrichtung ab und wird dadurch abgekühlt. Soll gekühlt werden, so wird dieser Luftstrom dem Benutzer zugeführt.At least one heat exchanger device 140 . 141 has at least one distributor plate 145 . 146 and a metallic heat spreader 147 . 148 with comb structure on. This arrangement is preferably located in an air conditioning device. There is a first air flow on one side of the tempering 110 guided along. As a result, he absorbs heat, for example. To be heated, this heated power is supplied to the user. A second air stream sweeps the opposite heat exchanger device 130 . 131 past. There he gives his heat energy to the heat exchanger device and is thereby cooled. If it is to be cooled, this air flow is supplied to the user.

Nachfolgend werden verschiedene Varianten beschrieben, um den Halbleiterbausteinen 220 Gelegenheit zu geben, thermischen Dehnungsbewegungen zu folgen und gleichzeitig ein festes Temperierementen zu erhalten.Various variants will be described below to the semiconductor devices 220 Opportunity to follow thermal expansion movements while maintaining a fixed tempering.

Entscheidend ist, dass die warme Seite eines Halbleiterbausteins 220 die Möglichkeit bekommt, ihre Mitte aufzuwölben und die kalte Seite ihre Randbereiche zumindest geringfügig aufstellen kann.It is crucial that the warm side of a semiconductor device 220 gets the opportunity to bulge their center and the cold side can set up their margins at least slightly.

Variante a) Man klebt einen Punkt in der Mitte der Halbleiterbausteine 220 an den Überbrückungselementen der Heiß-Seite der Temperiereinrichtung 110 fest. Ist der Punkt klein genug, kann sich das Halbleiterbaustein 220 von der Heißseite weg biegen, auch wenn der Kleber hart und nicht elastisch ist. Die Klebezone 230 kann mittig oder am Rand liegen. Sie macht vorzugsweise weniger als 70% der Grundfläche des Halbleiterbausteins 220 aus, vorzugsweise weniger als 55% bzw. 30%.Variant a) One sticks a dot in the middle of the semiconductor components 220 at the bridging elements of the hot side of the tempering 110 firmly. If the point is small enough, the semiconductor device can 220 bend away from the hot side, even if the glue is hard and not elastic. The adhesive zone 230 may be in the middle or on the edge. It preferably makes up less than 70% of the base area of the semiconductor component 220 from, preferably less than 55% or 30%.

An der gegenüberliegenden Kaltseite 114 werden die Halbleiterbausteine 220 punktuell oder vollfächig mit den Überbrückungselement verklebt. Diese sind aber in diesem Bereich nicht vollfächig an den Keramikplatten befestigt, sondern zumindest teilweise dort nicht befestigt – vorzugsweise gar nicht. Am besten sind sie nur an Zonen zwischen den einzelnen Halbleiterbausteinen 220 mit der Keramikplatte verbunden. Dadurch erhalten die zur Kaltseite 114 weisenden Kanten der Halbleiterbauelemente die Möglichkeit, sich auf einander zu zubewegen und der innere Bereich der Grundfläche kann sich von der Kaltseite 114 abheben. Die Überbrückungselemente können z. B. mit Folien oder Textilien verstärkt sein, z. B. mit Bestandteilen von Polymeren wie PU und/oder Metallen.On the opposite cold side 114 become the semiconductor devices 220 glued selectively or completely with the bridging element. But these are not fully attached to the ceramic plates in this area, but at least partially not fixed there - preferably not at all. They are best only at zones between the individual semiconductor devices 220 connected to the ceramic plate. This will get you to the cold side 114 facing edges of the semiconductor devices have the ability to move towards each other and the inner area of the base may be different from the cold side 114 take off. The bridging elements can, for. B. reinforced with films or textiles, z. B. with constituents of polymers such as PU and / or metals.

Variante b) Die Halbleiterbausteine 220 werden auf der Heißseite auf einen Ring und/oder Rahmen geklebt, der in der Mitte eine flache Vertiefung hat, in die sich der Halbleiterbaustein 220 bei Erwärmung und Ausdehnung aufwerfen kann.Variant b) The semiconductor components 220 be on the hot side on a ring and / or rim glued, which has a shallow depression in the middle, in which the semiconductor device 220 may raise during warming and expansion.

Auf der Kaltseite 114 liegt der Halbleiterbaustein 220 in der Mitte auf einer erhöhten Fläche, so dass sie an den Rändern einen umlaufenden Spalt hat. Dieser gibt dem Halbleiterbaustein 220 Spiel, sich mit seinen abkühlenden, sich zusammenziehenden Bereichen zur Kaltseite 114 zu biegen. Vorteilhaft ist hier, wenn Ring, Rahmen und/oder die erhöhte Fläche zumindest teilweise aus dem Jumpermaterial, aus gelötetem, geschweißtem oder gesintertem Metall und/oder aus elektrisch und/oder thermisch leitfähigem Klebstoff gebildet sind.On the cold side 114 is the semiconductor device 220 in the middle on a raised surface, so that it has a circumferential gap at the edges. This gives the semiconductor device 220 Play, with its cooling, constricting areas to the cold side 114 to bend. It is advantageous here if the ring, frame and / or the raised surface are formed at least partially from the jumper material, from soldered, welded or sintered metal and / or from electrically and / or thermally conductive adhesive.

Variante c) Man klebt die Halbleiterbaustein-Heißseite nur an einer Kante an der heißen Keramikplatte fest. Man klebt die Halbleiterbaustein-Kaltseite auch nur an einer Kante an der kalten Keramikplatte fest, aber die beiden Kanten liegen an einander gegenüber liegenden Enden des Halbleiterbausteins 220. Dann hat der Halbleiterbaustein 220 Spiel, wenn er die Keramikplatten etwas seitlich und nach oben bewegt.Variant c) One sticks the semiconductor component hot side only at one edge to the hot ceramic plate. The semiconductor device cold side is also adhered to only one edge on the cold ceramic plate, but the two edges are located on mutually opposite ends of the semiconductor device 220 , Then the semiconductor chip has 220 Play when he moves the ceramic plates slightly laterally and upwards.

100100

Klima-KonditioniereinrichtungAir-conditioning device

110110

Temperiereinrichtungtempering

112112

Elektrothermischer WandlerElectrothermal converter

114114

Kaltseitecold side

115115

Warmseitewarm side

116116

Elektrodeelectrode

119119

Verbindungsleitungconnecting line

120120

LuftführungseinrichtungAir guide device

130130

FeuchteregulierungseinrichtungMoisture regulating device

140140

Wärmetauschereinrichtung der Kaltseiteheat exchanger device the cold side

141141

Wärmetauschereinrichtung der Warmseiteheat exchanger device the warm side

150150

Stromquellepower source

200a–g200a-g

Brückenelementebridge elements

220a–f220a-f

HalbleiterbausteineSemiconductor devices

230a–c230a-c

Klebezoneadhesive zone

400400

Polsterpad

500500

Bezugreference

10001000

Fahrzeugvehicle

11001100

InneinrichtungsgegenstandInneinrichtungsgegenstand

11101110

SitzSeat

11201120

Lenkradsteering wheel

11301130

Armaturenbrettdashboard

11401140

Armauflagearmrest

11501150

Türverkleidungdoor trim

11601160

Sitzauflageseat cushion

11801180

Fahrzeughimmelheadlining

Claims (5)

Temperiereinrichtung (110) mit mindestens einem elektrothermischen Wandler (112), der mindestens eine Kaltseite (114) und eine Warmseite (115) aufweist, mindestens einer der Kaltseite (114) zugeordnete Wärmetauschereinrichtung (140), und mindestens einer der Warmseite (115) zugeordnete Wärmetauschereinrichtung (141), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Komponenten der Temperiereinrichtung (110) und/oder des elektrothermischen Wandlers (112) zumindest partiell miteinander verklebt sind.Tempering device ( 110 ) with at least one electrothermal transducer ( 112 ), which has at least one cold side ( 114 ) and a warm side ( 115 ), at least one of the cold side ( 114 ) associated heat exchanger device ( 140 ), and at least one of the hot side ( 115 ) associated heat exchanger device ( 141 ), characterized in that at least two of the components of the tempering device ( 110 ) and / or the electrothermal transducer ( 112 ) are glued together at least partially. Klimatisierungseinrichtung, insbesondere für die Inneneinrichtung von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Temperiereinrichtung (110) nach Anspruch 1 aufweist.Air conditioning device, in particular for the interior of vehicles, characterized in that it comprises at least one tempering device ( 110 ) according to claim 1. Polster (400), dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Temperiereinrichtung (110) und/oder eine Klimatisierungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.Upholstery ( 400 ), characterized in that it comprises at least one tempering device ( 110 ) and / or an air conditioning device according to one of the preceding claims. Sitz (1110), Lenkeinrichtung, Türverkleidung (1150), Sitzauflage (1160), Armaturenbrett (1130) und/oder Armauflage (1140), dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Temperiereinrichtung (110), eine Klimatisierungseinrichtung und/oder ein Polster (400) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweisen.Seat ( 1110 ), Steering device, door trim ( 1150 ), Seat cushion ( 1160 ), Dashboard ( 1130 ) and / or armrest ( 1140 ), characterized in that it comprises at least one tempering device ( 110 ), an air conditioning device and / or a cushion ( 400 ) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung einer Temperiereinrichtung (110) mit einem elektrischen Wandler (112), dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (112) mindestens einen Halbleiterbaustein (220) aufweist, dessen Grundfläche nur teilweise verklebt ist.Method for producing a tempering device ( 110 ) with an electrical converter ( 112 ), characterized in that the transducer ( 112 ) at least one semiconductor device ( 220 ), whose base is only partially glued.