DE2313117B2

DE2313117B2 - Thermoelektrische einrichtung mit heizrohren als waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2313117B2
Application number: DE19732313117
Authority: DE
Inventors: Allan Hubert Enköping Johansson (Schweden)
Original assignee: AB Bahco Ventilation, Enköping (Schweden)
Priority date: 1973-03-14
Filing date: 1973-03-16
Publication date: 1976-08-26
Also published as: US3834171A; DE2313117A1

Description

6o Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Einrichtung mit einer Batterie aus Heizrohren, die für den Wärmetransport zwischen zwei, sich an gegenüberliegenden Seiten einer Trennwand befindlichen Medien vorgesehen sind, bei der eine .auf der einen Seite der Trennwand liegende Heizmiirgruppe in einem wärmeabgebenden Abschnitt der Heizrohre mit dem bei Stromzuführung kalten Enden von thermoelektrischen Bauteilen wärmeleitend verbunden ist. die aus wenigstens einem Thermoelement, vorzugsweise jedoch aus einer Vielzahl von in Reihe verbundenen einem thermoelektrischen Modul bildenden Thermoelementen bestehen, die im Bereich der Trennwand liegen und deren warme Enden seinerseits mit einem wärmeaufnehmenden Abschnitt der Heizrohre einer auf der gegenüberliegenden Seite der Trennwand befindlichen Heizrohrgruppe wärmeleitend verbunden sind. Die Medien können z. B. in einer Lüftungsanlage ein Zuiuftstrom und ein Abluftstrom in jeweils einem Kanal

sein. .

Bei solchen Einrichtungen ist es bereits bekannt, die Heizrohre der einen Seite paarweise mit den Heizroh ren der anderen Seite zu verbinden und dabei ein thermoclektrisches Organ zwischen die einander zugewandten Endflächen jedes Rohrpaares zu plazieren. Es ist auch bekannt, bei emer thermoelektrischen Kaskade, die beiden Stufen mittels eines Heizrohrs wärmeleitend miteinander zu verbinden (DT-OS 14 89 27b).

Die bei der erstgenannten Einrichtung erlorderhche direkten Kontaktflächen zwischen den Heizrohren der einen Seite und den thermoelekirischen Bauteilen liegen somit innerhalb ein und derselben Ebene. Bei Heizrohren mit kreisförmigem Querschnitt wird außerdem ein beträchtlicher Teil des Raumes in dieser Ebene von den funktionsmäßig toten seitlichen Zwischenräumen zwischen den Rohren eingenommen. Eine Einrichtung dieser Art erfordert somit in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsdaten eine gewisse, ziemlich große Bodenfläche. Die Länge der einzelnen Heizrohre wird ihrerseits von den vorliegenden Betriebsdaten sowie von der Größe der Kontaktfläche gegenüber dem Ihermoelektrischen Bauteil bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompaktere thermoelektrische Einrichtung zu schaffen, die weniger, jedoch längere Heizrohre als die eingangs beschriebene Einrichtung aufweisen kann und die Möglichkeil einer Anpassung der wärmeübertragenden Fläche der thermoelektrischen Bauteile an die Rohrlänge und damit größere Freiheit bei der Dimensionierung bietet, so daß mehr Rücksicht auf sowohl herstellungsökonomische als auch platzmäßige Wünsche genommen werden kann.

Diese Aufgabe wird der thermoelektrischen Einrichtung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine schaubildliche Ansicht zweier benachbarter Heizrohre in einer thermoelektrischen Einrichtung;

F i g. 2 zeigt einen Teilschnitt durch die Heizrohre der einen Seite in einer Schnittebene, die innerhalb und parallel zur einen Ebene der Trennwand liegt, und 2:war nach der Linie H-Il in F^:g. 3;

Fig.3 zeigt einen Teilschnitt quer durch die Trennwand entlang einer Reihe von wechselweise nach

einer der beiden Seiten gewendeten Heizrohren nach der Linie III-II! in Fig.2. In dieser Figur sind auch einige weitere Wände zur Bildung eines Kanalpaares dargestellt;

F i g. 4 zeigt einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt durch eine etwas modifizierte Ausfüh ungsform;

Fi g. 5 zeigt einen entsprechenden Schnitt durch eine weitere modifizierte Ausführungsform.

Ein Paar von nebeneinanderliegenden Heizrohren 1 und 2 einer ganzen Batterie von solchen Rohren ist in F i g. 1 gezeigt und ein größerer Teil derselben Eatterie ist in den F i g. 2 und 3 veranschaulicht. Jedes Heizrohr 1 und 2 liegt mit seinem einen Ende im Bereich einer Trennwand zwischen zwei Medien, z. B. Zuluft und Abluft in einer Lüftungsanlage. Wie in Fig. 3 angedeutet, können sich die Rohre quer durch einen Kanal 4 bzw. 5 für einen Strom des jeweiligen Mediums erstrecken.

Die Heizrohre bestehen in üblicher Weise (vgl. z. B. Electronic Engineering. Aug. 1972, S. 35 bis 37) aus Metall, zweckmäßigerweise Kupfer. Sie sind verschlossen und enthalten einerseits ein Medium, das einen im Hinblick auf das betreffende Arbeitsgebiet geeigneten Siedepunkt aufweist, und andererseits einen für den Transport des Mediums in Flüssigphase vorgesehenen Docht 6 oder ein entsprechendes Organ. Zwischen den Enden der Rohre beider Seiten sind thermoelektrische Bauteile 7 angeordnet, um bei Stromzufuhr an den Heizrohren der einen Seite kalte Kondensationsflächen und an den Heizrohren der anderen Seite warme Verdampfungsflächen zu bilden. Diese thermoelektrischen Bauteile sind in den Zeichnungen sehr schematisch dargestellt und es kann vorausgesetzt werden, daß sie aus in Form und Größe gleichen thermoeleklrischen Modulen bestehen, von denen jeder aus einer großen Anzahl von an eine gemeinsame Stromquelle anschließbaren in Reihe verbundenen Thermoelementen zusammengesetzt ist, die zwischen einem Paar von gemeinsamen Endplatien angeordnet sind, welche eine wärmeaufnehmende und eine wärmeabgebende Endfläche bilden. Die im jeweiligen Kanal 4 und 5 liegenden Teile der Heizrohre haben kreisförmigen Querschnitt und sind zur Vergrößerung ihrer das Medium kühlenden oder erwärmenden Oberflächen mit flanschartig angeordneten Lameilen 8 aus Metall versehen.

Die Trennwand 3 ist aus wärmeisolierendem Material hergestellt und umschließt die thermoelektrischen Bauteile sowie die an diese angrenzenden Rohrenden.

Die für die eine Seite vorgesehene Gruppe von Heizrohren 1 überlappt mit ihren Rohrenden die Rohrenden der für die andere Seite vorgesehenen Gruppe von Heizrohren 2. Alle Heizrohre sind weiter in parallelen Reihen gruppiert und haben im überlappenden Teil jeweils quadratischen Querschnitt. Dieser Querschnitt ist bei allen Rohren von gleicher Größe. Im Schnitt gemäß Fig.2 gesehen, bilden die Rohre ein Rautenmuster und sind so gruppiert, daß jedes Rohr der einen Gruppe in allen vier Seiten des Rohrendes von Rohrenden der gegenüberliegenden Gruppe umgeben ist, so daß jedes Rohr mit vier Seiten seines Endabschnittes — anstatt lediglich mit seinem Boden — an das eine Ende des jeweiligen thermoeleklrischen Bauteils 7 angeschlossen sein kann. Dies gilt selbstverständlich mit Ausnahme der Rohre entlang der Seitenränder und Ecken der Rohrbatterie, welche Rohre an drei bzw. zwei Seiten mit thermoelektrischen Bauteilen versehen sind.

Sämtliche thermoelektrische Bauteile 7 sind so dimensioniert, daß sie im wesentlichen jeweils eine Seitenfläche eines innerhalb der Trennwand liegenden Rohrendes bedecken.

Zum Vergleich mit konventionellen Einrichtungen, die ein thermoelektrisches Bauteil zwischen den Bodenflächen eines jeden Rohrpaares aufweisen, bietet die oben beschriebene Ausführung der Rohrenden sowie die Plazierung der Rohre und thermoelektrischen Bauteile mehrere Vorteile. So können weniger und längere Heizrohre zur Erzielung des gleichen Wärmetransportes angewendet werden. Man erhält größere Freiheit für die Dimensionierung der Kombination von Heizrohren und thermoelektrischen Bauteilen. Es können kompaktere Einheiten erzielt werden. Die mit Lamellen versehenen Teile der Rohre werden zum Vorteil des Wärmeaustausches mit dem vorbeiströmenden Medium in Zick-Zack-Form angeordnet. Die Befestigung der Heizrohre und der thermoelektrischen Bauteile wird mit der Trennung und Isolierung der warmen und kahen Seiten voneinander kombiniert.

Dieselben Vorteile werden bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform erhalten, welche sich von der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten dadurch unterscheidet, daß die in der Trennwand 13 befindlichen Enden der Heizrohre 11 und 12 anstelle von quadratischem Querschnitt gleichseitigdreieckigen Querschnitt aufweisen und jeweils mit drei thermoelektrischen Bauteilen 17 versehen sowie in einem im Hinblick auf die andere Form angepaßten Muster plaziert sind, so daß — abgesehen »^#on den an den Rändern und Ecken befindlichen Rohren — jedes Rohrende der einen Rohrgruppe an allen drei Seiten unmittelbar außerhalb der thermoelekirischen Bauteile 17 von den Enden der Rohre der gegenüberliegenden Gruppe umgeben ist, wobei die beiden Gruppen, wie bereits erwähnt, jeweils mit einem der beiden Medien, zwischen denen ein Wärmetransports stattfinden soll, in Berührung stehen.

Ähnliche Vorteile werden bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform erzielt, bei der die in der Trennwand 23 befindlichen Enden der Heizrohre 21 und 22 im Querschnitt als regelmäßige Sechsecke ausgebildet sind. Die Rohre sind so angeordnet, daß jedes Rohrende der einen Rohrgruppe — abgesehen von den entlang der Ränder der Trennwand liegenden Rohre — an jeder zweiten Seitenfläche des Sechseckes einer Seite eines Rohrendes der gegenüberliegenden Gruppe zugewandt ist. Zwischen diesen angrenzenden Seiten sind die thermoelektrischen Bauteile 27 angebracht. Obwohl im wesentlichen lediglich der halbe Rohrumfang für die ihermoelektrischen Bauteile ausgenützt wird, kann durch Wahl einer zweckmäßigen Überlappung zwischen den Rohren beider Gruppen eine optimale Fläche füi die thermoelektrischen Bauteile erhalten werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

ίο

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Patentansprüche:

i. Thermoelektrische Einrichtung mit einer Batterie aus Heizrohren, die für den Wärmeiransport zwischen zwei sich an gegenüberliegenden Seiten einer Trennwand befindlichen Medien vorgesehen sind, bei der eine auf der einen Seite der Trennwand liegende Heizrohrgruppe in einem wärmeabgebenden Abschnitt der Heizrohre mit den bei Stromzuführung kalten Enden von thermoelektrischen Bauleilen wärmeleitend verbunden ist, die aus wenigstens einem Thermoelement, vorzugsweise jedoch aus einer Vielzahl von in Reihe verbundenen, einen thermoelektrischen Modul bildenden Thermoelement bestehen, die im Bereich der Trennwand liegen und deren warmen Enden ihrerseits mit einem wärmeaufnehmenden Abschnitt der Heizrohre einer auf der gegenüberliegenden Seite der Trennwand befindlichen Heizrohrgruppe Wärmeleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre (1:11:21) der einen Gruppe mit ihren mit den thermoelektrischen Bauteilen (7; 17; 27) verbundenen Enden die entsprechenden Enden der Heizrohre (2; 12: 22) der »nderen Gruppe überlappen, daß die thermoelektri- $chen Bauteile (7: 17; 27) um den Umfang dieser Rohrenden herum angeordnet sind und die Heizrohre (1. 2: 11. 12: 21, 22) so gruppiert und an diesen Enden mit solchem Querschnitisprofil ausgebildet tind. daß jedes wärmeaufnehmende Rohrende auf jeder mil einem der ihermoebktrisehen Bauteile (7; 17; 27) verbundenen Seite gegen die mit diesem thermoelektrischen Bauteil (7; 17: 27) verbundene Seite eines würmeabgebenden Rohrendes gewendet ist und umgekehrt.
2. Einrichtung nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Heizrohre (1, 2: 11, 12; 21, 22) einen gleichseitig dreieckigen oder quadratischen Querschnitt oder einen Querschnitt in Form eines anderen regelmäßigen Vieleckes aufweiten.
3. Einrichtung nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelektrischen Bauteile (7; 17; 27) von einheitlicher Größe sind und Endflächen mit einer Breite haben, die im wesentlichen mit der Seitenlänge der Rohrquerschnitte übereinstimmt.
4. Einrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrquerschnitte dreieckig Oder quadratisch sind und daß die thermoelektrischen Bauteile (7; 17) auf jeder Seitenfläche des Rohrquerschnittes angeordnet sind (F i g. 2 bis 4).
5. Einrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrquerschnitte die Form eines Sechseckes habei. und daß die thermoelektrischen Bauteile (27) auf jeder zweiten Seitenfläche des Rohrquerschniltes angeordnet sind (F i g. 5).
6. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den thermoelektrischen Bauteilen (7; 17; 27) verbundenen Enden der Heizrohre (1,2; 11,12; 21,22) und die dazwischenliegenden thermoelektrischen Bauteile (7; 17; 27) in ein wärmeisolierendes Material eingebettet sind, das die Trennwand (3; 13; 23) bildet.

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