NL2032505B1 - Thermoelectric heat pump - Google Patents
Thermoelectric heat pump Download PDFInfo
- Publication number
- NL2032505B1 NL2032505B1 NL2032505A NL2032505A NL2032505B1 NL 2032505 B1 NL2032505 B1 NL 2032505B1 NL 2032505 A NL2032505 A NL 2032505A NL 2032505 A NL2032505 A NL 2032505A NL 2032505 B1 NL2032505 B1 NL 2032505B1
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- heat
- dividing wall
- thermoelectric element
- transfer fluid
- heat transfer
- Prior art date
Links
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 23
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 11
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- WFIZEGIEIOHZCP-UHFFFAOYSA-M potassium formate Chemical compound [K+].[O-]C=O WFIZEGIEIOHZCP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
- F25B2321/023—Mounting details thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
- F25B2321/025—Removal of heat
- F25B2321/0252—Removal of heat by liquids or two-phase fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
Abstract
De uitvinding betreft een thermo—elektrische warmtepomp omvattende een warmtewisselingsblok met een eerste kanaal voor het daardoorheen stromen van een eerste warmteoverdrachtsfluïdum zoals een vloeibaar medium en een separaat tweede kanaal voor het daardoorheen stromen van een tweede warmteoverdrachtsfluïdum zoals een vloeibaar medium, waarbij het warmtewisselingsblok een warmtewisselingskamer omvat welke door een tussenwand hydraulisch gescheiden is in een eerste en een tweede deelkamer welke verbonden zijn met respectievelijk het eerste en tweede kanaal en waarbij het eerste warmteoverdrachtsfluïdum in de eerste deelkamer in warmtewisselend contact staat met een eerste zijde van de tussenwand en het tweede warmteoverdrachtsfluïdum in de tweede deelkamer in warmtewisselend contact staat met een tegenover de eerste zijde gelegen tweede zijde van de tussenwand, waarbij de tussenwand een thermo—elektrische element met een koudezijde en een tegenover en op afstand daarvan gelegen warmezijde omvat, waarbij zich tussen de koude— en warmezijde een buitenomtreksrand uitstrekt, welk thermo—elektrische element geconfigureerd is voor het van de koudezijde naar de warmezijde transporteren van warmte en waarbij de koudezijde in warmtewisselend contact staat met het eerste warmteoverdrachtsfluïdum en waarbij de warmezijde in warmtewisselend contact staat met het tweede warmteoverdrachtsfluïdum en waarbij elk kanaal is voorzien van een pomp voor het door het kanaal pompen van het respectieve warmteoverdrachtsfluïdum.The invention concerns a thermoelectric heat pump comprising a heat exchange block with a first channel for the flow therethrough of a first heat transfer fluid such as a liquid medium and a separate second channel for the flow therethrough of a second heat transfer fluid such as a liquid medium, wherein the heat exchange block comprises a heat exchange chamber. which is hydraulically separated by a dividing wall into a first and a second sub-chamber which are connected to the first and second channel respectively and wherein the first heat transfer fluid in the first sub-chamber is in heat-exchanging contact with a first side of the dividing wall and the second heat transfer fluid in the second sub-chamber is in heat-exchanging contact with a second side of the dividing wall located opposite the first side, wherein the dividing wall comprises a thermoelectric element with a cold side and a warm side located opposite and at a distance therefrom, with the cold and warm sides located between extending an outer circumferential edge, which thermoelectric element is configured for transporting heat from the cold side to the hot side and wherein the cold side is in heat-exchanging contact with the first heat transfer fluid and wherein the hot side is in heat-exchanging contact with the second heat transfer fluid and wherein each channel is provided with a pump for pumping the respective heat transfer fluid through the channel.
Description
Thermo-elektrische warmtepompThermoelectric heat pump
De onderhavige uitvinding betreft een thermo- elektrische warmtepomp.The present invention concerns a thermoelectric heat pump.
Bekende thermo-elektrische warmtepompen worden gebruikt om warmte van een eerste warmteoverdrachtsfluidum naar een tweede warmteoverdrachtsfluidum te verplaatsen, veelal tegen de tussen de fluïda heersende temperatuurgradiént in. Doordat een in thermo-elektrische warmtepompen toegepast thermo-elektrisch element, ook wel peltierelement genoemd, geen bewegende onderdelen bevat, worden dergelijke warmtepompen vaak in speciale toepassingen gebruikt waarbij het een belangrijk voordeel is dat de warmtepomp trillingsvrij is en zonder verdere bewegende delen of vloeistoffen kan fungeren.Known thermoelectric heat pumps are used to transfer heat from a first heat transfer fluid to a second heat transfer fluid, often against the temperature gradient between the fluids. Because a thermoelectric element used in thermoelectric heat pumps, also called a Peltier element, contains no moving parts, such heat pumps are often used in special applications where it is an important advantage that the heat pump is vibration-free and can be operated without further moving parts or fluids. function.
Het is echter een nadeel van de bekende thermo- elektrische warmtepompen, dat het behaalde rendement zeer gering is. Hierdoor kunnen de bestaande warmtepompen niet effectief ingezet worden bij toepassingen waarbij grotere verwarmingsvermogens vereist worden, zoals bijvoorbeeld bij residentiële of industriële verwarmingsinstallaties.However, a disadvantage of the known thermoelectric heat pumps is that the efficiency achieved is very low. As a result, existing heat pumps cannot be used effectively in applications where higher heating capacities are required, such as residential or industrial heating installations.
Het is nu een doel van de uitvinding om een thermo- elektrische warmtepomp te verschaffen waarmee een of meer van de bovenstaande nadelen verminderd of zelfs voorkomen kan worden.It is now an object of the invention to provide a thermoelectric heat pump with which one or more of the above disadvantages can be reduced or even prevented.
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een thermo-elektrische warmtepomp omvattende een warmtewisselingsblok met een eerste kanaal voor het daardoorheen stromen van een eerste warmteoverdrachtsfluidum zoals een vloeibaar medium en een separaat tweede kanaal voor het daardoorheen stromen van een tweede warmteoverdrachtsfluidum zoals een vloeibaar medium, waarbij het warmtewisselingsblok een warmtewisselingskamer omvat welke door een tussenwand hydraulisch gescheiden is in een eerste en een tweede deelkamer welke verbonden zijn met respectievelijk het eerste en tweede kanaal en waarbij het eerste warmteoverdrachtsfluidum in de eerste deelkamer in warmtewisselend contact staat met een eerste zijde van de tussenwand en het tweede warmteoverdrachtsfluidum in de tweede deelkamer in warmtewisselend contact staat met een tegenover de eerste zijde gelegen tweede zijde van de tussenwand, waarbij de tussenwand een thermo-elektrische element met een koudezijde en een tegenover en op afstand daarvan gelegen warmezijde omvat, waarbij zich tussen de koude- en warmezijde een buitenomtreksrand uitstrekt, welk thermo-elektrische element geconfigureerd is voor het van de koudezijde naar de warmezijde transporteren van thermische energie en waarbij de koudezijde in warmtewisselend contact staat met het eerste warmteoverdrachtsfluidum en waarbij de warmezijde in warmtewisselend contact staat met het tweede warmteoverdrachtsfluidum en waarbij elk kanaal is voorzien van een pomp voor het door het kanaal pompen van het respectieve warmteoverdrachtsfluïdum.This aim is achieved according to the invention with a thermoelectric heat pump comprising a heat exchange block with a first channel for the flow therethrough of a first heat transfer fluid such as a liquid medium and a separate second channel for the flow therethrough of a second heat transfer fluid such as a liquid medium, wherein the heat exchange block comprises a heat exchange chamber which is hydraulically separated by a dividing wall into a first and a second sub-chamber which are connected to the first and second channels respectively and wherein the first heat transfer fluid in the first sub-chamber is in heat exchanging contact with a first side of the dividing wall and the second heat transfer fluid in the second sub-chamber is in heat-exchanging contact with a second side of the partition wall located opposite the first side, wherein the partition wall comprises a thermoelectric element with a cold side and a warm side located opposite and at a distance therefrom, wherein between the cold side and the hot side extend an outer peripheral edge, which thermoelectric element is configured for transporting thermal energy from the cold side to the hot side and wherein the cold side is in heat-exchanging contact with the first heat transfer fluid and wherein the hot side is in heat-exchanging contact with the second heat transfer fluid and wherein each channel is provided with a pump for pumping the respective heat transfer fluid through the channel.
Door tussen de deelkamers van een warmtewisselingskamer een thermo-elektrisch element te voorzien, waarbij de warmteoverdrachtsfluida in de respectieve deelkamers door middel van een pomp langs de tussenwand gepompt worden, kan door stroom door het thermo-elektrische te voeren warmte van het eerste warmteoverdrachtsfluïdum naar het tweede warmteoverdrachtsfluidum getransporteerd worden.By providing a thermoelectric element between the sub-chambers of a heat exchange chamber, whereby the heat transfer fluids in the respective sub-chambers are pumped along the dividing wall by means of a pump, heat can be passed from the first heat transfer fluid to the second heat transfer fluid is transported.
Doordat de respectieve warmteoverdrachtsfluida afzonderlijk verpompt worden, kan de stroomsnelheid in afhankelijkheid van een temperatuurverschil over het thermo-elektrische element zodanig gekozen worden dat de efficiëntie van de warmteoverdracht aanmerkelijk vergroot kan worden ten opzichte van een warmtepomp waarbij geen bewegende delen, zoals bijvoorbeeld een pomp, gebruikt worden. Het temperatuurverschil over het thermo-elektrische element wordt daarbij bij voorkeur relatief laag gehouden, voor het verder verhogen van het thermische rendement. Bij voorkeur wordt het temperatuurverschil over het thermo-elektrische element hiervoor kleiner gehouden dan 60% van het maximale temperatuurverschil dat het thermo-elektrische element kan bereiken.Because the respective heat transfer fluids are pumped separately, the flow rate can be chosen in dependence on a temperature difference across the thermoelectric element in such a way that the efficiency of the heat transfer can be significantly increased compared to a heat pump where there are no moving parts, such as a pump, for example. being used. The temperature difference across the thermoelectric element is preferably kept relatively low, to further increase the thermal efficiency. Preferably, the temperature difference across the thermoelectric element is kept smaller than 60% of the maximum temperature difference that the thermoelectric element can achieve.
Bij voorkeur wordt daarbij voor één of beide warmteoverdrachtsfluida een vloeibaar medium gebruikt, zoals bijvoorbeeld een vloeibaar koelmiddel gebaseerd op een oplossing van kaliumformiaat in water. Bij verdere voorkeur is de oplossing nagenoeg of volledig verzadigd. Een dergelijk koelmiddel is gunstig, omdat dit een verlaagd vriespunt heeft terwijl de viscositeit en warmtecapaciteit zeer vergelijkbaar zijn met die van water. Daarbij is het milieuvriendelijk en biologisch afbreekbaar.Preferably, a liquid medium is used for one or both heat transfer fluids, such as, for example, a liquid coolant based on a solution of potassium formate in water. Further preferably, the solution is virtually or completely saturated. Such a coolant is beneficial because it has a reduced freezing point while its viscosity and heat capacity are very similar to those of water. It is also environmentally friendly and biodegradable.
De respectieve kanalen kunnen hydraulisch verbonden zijn met verdere warmtewisselaars in een gesloten circuit of rechtstreeks in verbinding staan met het warmteoverdrachtsfluidum dat warmteenergie aan- of afvoert.The respective channels can be hydraulically connected to further heat exchangers in a closed circuit or directly connected to the heat transfer fluid that supplies or removes heat energy.
De richting van het warmtetransport kan eenvoudig omgekeerd worden door de richting van de elektrische stroom door het thermo-elektrische om te keren. Hierdoor kan dezelfde warmtepomp ingezet worden voor zowel koelen als verwarmen.The direction of heat transport can be easily reversed by reversing the direction of the electric current through the thermoelectric. This means that the same heat pump can be used for both cooling and heating.
In een uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding, worden de eerste en tweede zijde van de tussenwand gevormd door respectievelijk de koude- en warmezijde van het thermo-elektrische element welke in direct warmtewisselend contact staan met de respectieve warmteoverdrachtsfluida en waarbij het thermo-elektrische element rondom de buitenomtreksrand afdichtend in het warmtewisselingsblok gemonteerd is door middel van een uitsluitend op de buitenomtreksrand aanliggende flexibele afdichting voor het maximaliseren van het warmtewisselende oppervlak van de koude- en warmezijde.In an embodiment of a heat pump according to the invention, the first and second sides of the dividing wall are formed by the cold and warm sides, respectively, of the thermoelectric element, which are in direct heat-exchanging contact with the respective heat transfer fluids and wherein the thermoelectric element is mounted sealingly around the outer circumferential edge in the heat exchange block by means of a flexible seal that rests exclusively on the outer circumferential edge to maximize the heat exchange surface of the cold and warm sides.
Door de tussenwand rechtstreeks te vormen door het thermo-elektrische element, zijn er zo weinig mogelijk verliezen tussen de overgangen van de materialen. Het thermo- elektrische element kan hiervoor zo nodig voorzien worden van een coating of oppervlaktebehandeling welke permeabiliteit voor de gebruikte warmteoverdrachtsfluida beperkt of voorkomt.By forming the intermediate wall directly by the thermoelectric element, there are as few losses as possible between the transitions of the materials. If necessary, the thermoelectric element can be provided with a coating or surface treatment that limits or prevents permeability to the heat transfer fluids used.
Het is daarbij zeer gunstig om het thermo-elektrische element rondom afdichtend in de warmtewisselingskamer of het warmtewisselingsblok te monteren op zodanige wijze dat de afdichting geen belemmering vormt voor de warmtewisseling op het warmtewisselende oppervlak van het thermo-elektrische element. Hiervoor wordt de afdichting uitsluitend op de buitenomtreksrand aanliggend aangebracht, waardoor de volledige warmtewisselende oppervlaken in contact staat met de respectieve warmteoverdrachtsfluida. Door de afdichting flexibel uit te voeren, kan thermische krimp en/of expansie van het thermo-elektrische element opgevangen worden, waardoor een te grote mechanische stress in het element voorkomen kan worden.It is very favorable to mount the thermoelectric element in a sealing manner all around in the heat exchange chamber or the heat exchange block in such a way that the seal does not hinder the heat exchange on the heat exchange surface of the thermoelectric element. For this purpose, the seal is applied only to the outer peripheral edge, so that the entire heat-exchanging surfaces are in contact with the respective heat transfer fluids. By making the seal flexible, thermal shrinkage and/or expansion of the thermoelectric element can be absorbed, thus preventing excessive mechanical stress in the element.
In een alternatieve uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding, omvat de tussenwand aan weerszijden van het thermo-elektrische element tevens een membraan, welke membranen respectievelijk de eerste en tweede zijde van de tussenwand vormen en waarbij tussen de membranen en de respectieve aanliggende zijden van het thermo- elektrische element een niet-verhardende warmtegeleidende pasta is aangebracht voor het kunnen opvangen van de thermische krimp en expansie van het thermo-elektrische element ten opzichte van de membranen.In an alternative embodiment of a heat pump according to the invention, the dividing wall on either side of the thermoelectric element also comprises a membrane, which membranes form the first and second sides of the dividing wall respectively and wherein between the membranes and the respective adjacent sides of the thermoelectric element, a non-hardening heat-conducting paste is applied to accommodate the thermal shrinkage and expansion of the thermoelectric element relative to the membranes.
Door het thermo-elektrische element tussen twee membranen in te sluiten, kan mechanische stress op het element door eventuele drukverschillen tussen de deelkamers via de membranen opgevangen worden. Hierdoor wordt de levensduur van het thermo-elektrische element aanzienlijk vergroot. Ook kan 5 het membraan voorzien in een impermeabele afdichting. Tussen het thermo-elektrische element en de membranen wordt een warmtegeleidende pasta toegepast voor het verminderen van de transmissieverliezen tussen de materialen. Door een niet- verhardende pasta toe te passen, kan het thermo-elektrische element krimpen en/of uitzetten zonder mechanische stress door onderlinge wrijving. Het thermo-elektrische element wordt dus niet ingeklemd, maar enkel ingesloten door de beide membranen, waarbij nog relatieve beweging tussen het thermo-elektrische element en de membranen mogelijk is. De pasta functioneert dus niet alleen als warmtegeleider, maar tevens als mechanische buffer en smeermiddel.By enclosing the thermoelectric element between two membranes, mechanical stress on the element due to any pressure differences between the sub-chambers can be absorbed via the membranes. This significantly increases the lifespan of the thermoelectric element. The membrane can also provide an impermeable seal. A heat-conducting paste is used between the thermoelectric element and the membranes to reduce transmission losses between the materials. By using a non-hardening paste, the thermoelectric element can shrink and/or expand without mechanical stress due to mutual friction. The thermoelectric element is therefore not clamped, but only enclosed by the two membranes, whereby relative movement between the thermoelectric element and the membranes is still possible. The paste therefore not only functions as a heat conductor, but also as a mechanical buffer and lubricant.
In een voorkeursuitvoeringsvorm van een warmtpomp volgens de uitvinding, ligt de buitenomtreksrand van het thermo-elektrische element rondom vrij.In a preferred embodiment of a heat pump according to the invention, the outer peripheral edge of the thermoelectric element is exposed all around.
Wanneer het thermo-elektrische element rondom vrijligt, is het thermo-elektrische element volledig ontkoppeld en wordt zo de mechanische stress op het element maximaal gereduceerd. Hierdoor wordt een lange gebruiksduur van het element gewaarborgd.When the thermoelectric element is exposed all around, the thermoelectric element is completely decoupled and the mechanical stress on the element is thus maximally reduced. This ensures a long service life of the element.
Ook een uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding, is een warmtepomp waarbij het warmtewisselende oppervlak van de eerste en tweede zijde van de tussenwand groter is dan het warmtewisselende oppervlak van de respectieve zijden van het thermo-elektrische element en waarbij het volledige warmtewisselende oppervlak van de zijden van het thermo-elektrische element aanliggen aan en bij voorkeur centraal liggen ten opzichte van het warmtewisselende oppervlak van de respectieve zijden van de tussenwand.Also an embodiment of a heat pump according to the invention is a heat pump in which the heat-exchanging surface of the first and second sides of the dividing wall is larger than the heat-exchanging surface of the respective sides of the thermoelectric element and in which the entire heat-exchanging surface of the sides of the thermoelectric element abut and preferably lie centrally with respect to the heat-exchanging surface of the respective sides of the dividing wall.
Door het volledige warmtewisselende oppervlak van de zijden van het thermo-elektrische element aan te laten liggen aan de respectieve membranen die de tussenwand vormen, wordt voorkomen dat in het element danwel in het warmtewisselende oppervlak van het element thermische spanning optreedt door ongelijkmatige warmteoverdracht. Bij voorkeur ligt het thermische element centraal ten opzichte van de tussenwand, zodat een gelijkmatige overdracht verkregen wordt en er tevens ruimte langs de randen van de tussenwand ontstaan waarop een afdichting aangebracht kan worden, zonder dat de afdichting interfereert met de warmtewisseling.By allowing the entire heat-exchanging surface of the sides of the thermoelectric element to abut the respective membranes that form the intermediate wall, thermal stress is prevented from occurring in the element or in the heat-exchanging surface of the element due to uneven heat transfer. The thermal element is preferably located centrally with respect to the dividing wall, so that an even transfer is achieved and space is also created along the edges of the dividing wall on which a seal can be applied, without the seal interfering with the heat exchange.
Weer een andere uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding, is een warmtepomp waarbij de stroming van de warmteoverdrachtsfluida in de deelkamers laminair is en homogeen verdeeld over het warmtewisselende oppervlak van de tussenwand.Yet another embodiment of a heat pump according to the invention is a heat pump in which the flow of the heat transfer fluids in the sub-chambers is laminar and homogeneously distributed over the heat-exchanging surface of the dividing wall.
Door een laminaire stroming te voorzien in de deelkamers, wordt een zeer gelijkmatige en homogene verdeling van de vloeistofstroom over de tussenwand verkregen. Dit zorgt enerzijds voor een verhoogde overdracht en anderzijds voor een zeer homogene oppervlaktetemperatuur van de tussenwand, waardoor thermische spanningen verder voorkomen worden. Ter verhoging van de warmteoverdracht kunnen aan de tussenwand microvortices gegenereerd worden, waarbij de stroming in de deelkamers hoofdzakelijk laminair is, maar aan het warmtewisselende oppervlak turbulent.By providing a laminar flow in the sub-chambers, a very even and homogeneous distribution of the liquid flow over the dividing wall is achieved. This ensures, on the one hand, an increased transfer and, on the other hand, a very homogeneous surface temperature of the dividing wall, which further prevents thermal stresses. To increase heat transfer, microvortices can be generated on the dividing wall, whereby the flow in the sub-chambers is mainly laminar, but turbulent on the heat-exchanging surface.
In weer een andere uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding, omvat de warmtepomp een behuizing voorzien van een veelvoud van warmtewisselingsblokken, waarbij de behuizing een eerste spruitstuk omvat voor het onderling hydraulisch verbinden van de eerste kanalen en een tweede spruitstuk omvat voor het onderling hydraulisch verbinden van de tweede kanalen van deIn yet another embodiment of a heat pump according to the invention, the heat pump comprises a housing provided with a plurality of heat exchange blocks, wherein the housing comprises a first manifold for hydraulically connecting the first channels to each other and a second manifold for hydraulically connecting the first channels to each other. of the second channels of the
: warmtewisselingsblokken.: heat exchange blocks.
Door meerdere warmtewisselingsblokken in een behuizing aan te brengen, kan eenvoudig de capaciteit van de warmtepomp vergroot worden. De behuizing dient daarbij als spruitstuk voor het hydraulisch verbinden van de warmtewisselingsblokken. Eventueel kunnen meerdere warmtepompen ook serieel of parallel geplaatst worden.By installing multiple heat exchange blocks in a housing, the capacity of the heat pump can easily be increased. The housing serves as a manifold for hydraulically connecting the heat exchange blocks. Multiple heat pumps can also be installed in series or parallel.
Een paar warmtewisselingsblokken kan ook zodanig gekoppeld worden, dat de tweede deelkamer tussen beide warmtewisselingsblokken gedeeld wordt.A pair of heat exchange blocks can also be connected in such a way that the second sub-chamber is shared between both heat exchange blocks.
Ook een uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding, is een warmtepomp waarbij de warmtewisselingsblokken onderling thermisch geïsoleerd zijn.Another embodiment of a heat pump according to the invention is a heat pump in which the heat exchange blocks are thermally insulated from each other.
Door de warmtewisselingsblokken onderling thermisch te isoleren, kunnen ongewenste verliezen verhinderd worden. De isolatie kan daarbij verkregen worden door bijvoorbeeld tussenliggende luchtkamers of isolatiemateriaal. Eventueel kan de gehele behuizing ook verder geïsoleerd worden.By thermally insulating the heat exchange blocks from each other, unwanted losses can be prevented. The insulation can be obtained by, for example, intermediate air chambers or insulating material. If necessary, the entire housing can also be further insulated.
Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen.These and other features of the invention are further explained with reference to the accompanying drawings.
Figuur 1 toont schematische dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een warmtewisselingsblok van een eerste uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding.Figure 1 shows a schematic cross-section of an embodiment of a heat exchange block of a first embodiment of a heat pump according to the invention.
Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede aanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding.Figure 2 shows a cross-sectional view of a second embodiment of a heat pump according to the invention.
Figuur 3 toont een perspectivisch aanzicht van een derde uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding.Figure 3 shows a perspective view of a third embodiment of a heat pump according to the invention.
In figuur 1 wordt een schematische dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een warmtewisselingsblok 1 van een warmtepomp volgens de uitvinding getoond. Het eerste kanaal 2 en het tweede kanaal 3 zijn hydraulisch van elkaar gescheiden en zijn hydraulisch verbonden met respectievelijk de eerste deelkamer 4 en de tweede deelkamer 5. De stroomrichting is in beide deelkamers 4, 5 aangeduid met een pijl, maar de relatieve oriëntatie van de stroomrichting kan ook anders gekozen worden. Een tussenwand 6 scheidt de eerste 4 en een tweede deelkamer 5. In de tussenwand 6 is een thermo- elektrische element 7 aangebracht. Het element 7 is aangebracht tussen een eerste membraan 8 en een tweede membraan 9 en transporteert thermische energie in de vorm van warmte in de richting van pijl 10, dus van de eerste deelkamer 4 naar de tweede deelkamer 5. In de praktijk zal er vaak voor gekozen worden het warmtewisselingsblok 1 zodanig te oriënteren dat pijl 10 tegengesteld is aan de zwaartekracht, zodat optimaal gebruikgemaakt kan worden van de stijging van warmte. De membranen 8, 93 sluiten de deelkamers 4, 5 hydraulisch van elkaar af en zijn voorzien van afdichtingen 11. De afdichtingen 11 zijn aangebracht buiten het warmtewisselend oppervlak van de membranen 8, 9 dat in rechtstreeks contact met de deelkamers 4, 5 staat. De koudezijde 12 ligt aan tegen het eerste membraan 8 en tussen de overgang is een niet getoonde warmtegeleidende pasta aangebracht. De warmezijde 13 ligt aan tegen het tweede membraan 9 en ook op die overgang is een warmtegeleidende pasta aangebracht. Hierdoor kan het element 7 uitzetten en krimpen zonder aan zware mechanische stress onderworpen te worden. De rondom de omtreksrand van het element 7 gevormde vrije ruimte 14 voorziet ook in de voor uitzetting benodigde ruimte.Figure 1 shows a schematic cross-section of an embodiment of a heat exchange block 1 of a heat pump according to the invention. The first channel 2 and the second channel 3 are hydraulically separated from each other and are hydraulically connected to the first sub-chamber 4 and the second sub-chamber 5 respectively. The flow direction is indicated in both sub-chambers 4, 5 by an arrow, but the relative orientation of the flow direction can also be chosen differently. A dividing wall 6 separates the first 4 and a second sub-chamber 5. A thermoelectric element 7 is arranged in the dividing wall 6. The element 7 is arranged between a first membrane 8 and a second membrane 9 and transports thermal energy in the form of heat in the direction of arrow 10, i.e. from the first sub-chamber 4 to the second sub-chamber 5. In practice, this will often be the case. it is chosen to orient the heat exchange block 1 in such a way that arrow 10 is opposite to gravity, so that optimal use can be made of the increase in heat. The membranes 8, 93 hydraulically close the sub-chambers 4, 5 from each other and are provided with seals 11. The seals 11 are arranged outside the heat-exchanging surface of the membranes 8, 9, which is in direct contact with the sub-chambers 4, 5. The cold side 12 abuts the first membrane 8 and a heat-conducting paste (not shown) is applied between the transition. The warm side 13 lies against the second membrane 9 and a heat-conducting paste has also been applied to that transition. This allows the element 7 to expand and contract without being subjected to heavy mechanical stress. The free space 14 formed around the peripheral edge of element 7 also provides the space required for expansion.
In figuur 2 wordt een dwarsdoorsnede aanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een warmtepomp 20 volgens de uitvinding getoond. In deze uitvoeringsvorm zijn twee warmtewisselingsblokken 21, 22 gecombineerd, waarbij de tweede deelkamer 23 door beide warmtewisselingsblokken 21, 22 gedeeld wordt. De eerste kanalen 24, 25 monden uit in de respectieve deelkamers 26, 27. De membranen 28 dichten de deelkamers 23, 24 en 25 af en sluiten de respectieve thermo-elektrische elementen 29, 30 in. De werkingsrichting van het eerste thermo-elektrisch element 29 is tegengesteld aan de werkingsrichting van het tweede thermo-elektrische element 30.Figure 2 shows a cross-sectional view of a second embodiment of a heat pump 20 according to the invention. In this embodiment, two heat exchange blocks 21, 22 are combined, whereby the second subchamber 23 is shared by both heat exchange blocks 21, 22. The first channels 24, 25 open into the respective sub-chambers 26, 27. The membranes 28 seal the sub-chambers 23, 24 and 25 and enclose the respective thermoelectric elements 29, 30. The direction of action of the first thermoelectric element 29 is opposite to the direction of action of the second thermoelectric element 30.
De lege ruimte 31 tussen de membranen 28 voorziet in ruimte voor expansie van de elementen 29, 30. In de behuizing 32 wordt een spruitstuk 33 gevormd dat de eerste kanalen 24, 25 onderling hydraulisch verbindt.The empty space 31 between the membranes 28 provides space for expansion of the elements 29, 30. A manifold 33 is formed in the housing 32 that hydraulically connects the first channels 24, 25 to each other.
In een andere interpretatie van de dwarsdoorsnede van figuur 2, wordt een derde uitvoeringsvorm van een warmtepomp volgens de uitvinding getoond. In deze uitvoeringsvorm is de werkingsrichting van warmtewisselingsblok 22 omgekeerd ten opzichte van de tweede uitvoeringsvorm, waardoor de beide warmtewisselingsblokken 21, 22 serieel staan. De tweede deelkamer 23 van het eerste warmtewisselingsblok 21 vormt tegelijkertijd de eerste deelkamer 23 van het tweede warmtewisselingsblok 22. De deelkamer 23 is hydraulisch verbonden met een separaat derde kanaal, dat niet hydraulisch in verbinding staat met respectievelijk het eerste kanaal 24 en het tweede kanaal 25.In another interpretation of the cross-section of figure 2, a third embodiment of a heat pump according to the invention is shown. In this embodiment, the direction of operation of heat exchange block 22 is reversed compared to the second embodiment, so that both heat exchange blocks 21, 22 are in series. The second sub-chamber 23 of the first heat exchange block 21 simultaneously forms the first sub-chamber 23 of the second heat exchange block 22. The sub-chamber 23 is hydraulically connected to a separate third channel, which is not hydraulically connected to the first channel 24 and the second channel 25 respectively. .
Het derde kanaal is bij voorkeur tevens voorzien van een pomp.The third channel is preferably also provided with a pump.
De thermo-elektrische elementen 29, 30 hebben in deze uitvoeringvorm dus dezelfde werkingsrichting. In het eerste kanaal 24 stroomt het eerste warmteoverdrachtsfluidum, welke het koudste medium vormt. In de deelkamer 23 stroomt een derde warmteoverdrachtsfluidum, welke een gemiddelde temperatuur heeft. In het tweede kanaal 25 stroom het tweede warmteoverdrachtsfluidum, welke de hoogste temperatuur heeft.The thermoelectric elements 29, 30 therefore have the same direction of action in this embodiment. The first heat transfer fluid, which forms the coldest medium, flows in the first channel 24. A third heat transfer fluid flows into the sub-chamber 23, which has an average temperature. The second heat transfer fluid, which has the highest temperature, flows into the second channel 25.
Door deze opbouw kan het temperatuurverschil over de respectieve thermo-elektrische elementen 29, 30 laag gehouden worden en kan er toch een groot temperatuurverschil behaald worden tussen het eerste en het tweede warmteoverdrachtsfluidum. Het derde warmteoverdrachtsfluidum transporteert de energie tussen de beide thermo-elektrische elementen 29, 30. Bij voorkeur wordt het derde warmteoverdrachtsfluidum turbulent verpompt.Due to this structure, the temperature difference across the respective thermoelectric elements 29, 30 can be kept low and a large temperature difference can still be achieved between the first and the second heat transfer fluid. The third heat transfer fluid transports the energy between the two thermoelectric elements 29, 30. Preferably the third heat transfer fluid is pumped turbulently.
In figuur 3 wordt een perspectivisch aanzicht getoond van een vierde uitvoeringsvorm van een warmtepomp 40 volgens de uitvinding. De warmtepomp 40 is aan de kop voorzien van een aanvoer- 41 en retourleiding 42 welke respectievelijk hydraulisch verbonden zijn met aan- en afvoerspruitstukken die door de eerste kanalen hydraulisch verbonden zijn. De aanvoer- 43 en retourleidingen 44 zijn respectievelijk hydraulisch verbonden met aan- en afvoerspruitstukken die door de tweede kanalen hydraulisch verbonden zijn. De behuizing 45 wordt gevormd door een samenstel van tien dubbele warmtewisselingsblokken 46, welke samengesteld zijn zoals getoond in figuur 2. Stroomdraden 47, 48 zijn per warmtewisselingsblok 46 voorzien voor de toevoer van de voor de thermo-elektrische elementen benodigde stroom.Figure 3 shows a perspective view of a fourth embodiment of a heat pump 40 according to the invention. The heat pump 40 is provided at the head with a supply 41 and return pipe 42, which are respectively hydraulically connected to supply and discharge manifolds that are hydraulically connected through the first channels. The supply 43 and return pipes 44 are respectively hydraulically connected to supply and discharge manifolds that are hydraulically connected through the second channels. The housing 45 is formed by an assembly of ten double heat exchange blocks 46, which are assembled as shown in Figure 2. Current wires 47, 48 are provided per heat exchange block 46 for the supply of the current required for the thermoelectric elements.
Claims (8)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL2032505A NL2032505B1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Thermoelectric heat pump |
| JP2025526399A JP2025522158A (en) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | Thermoelectric Heat Pump |
| CA3261689A CA3261689A1 (en) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | THERMOELECTRIC HEAT PUMP |
| CN202380053886.3A CN119585575A (en) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | Thermoelectric heat pump |
| EP23744252.0A EP4555266A1 (en) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | Thermoelectric heat pump |
| PCT/NL2023/050379 WO2024014955A1 (en) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | Thermoelectric heat pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL2032505A NL2032505B1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Thermoelectric heat pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL2032505B1 true NL2032505B1 (en) | 2024-01-25 |
Family
ID=82850191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL2032505A NL2032505B1 (en) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | Thermoelectric heat pump |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4555266A1 (en) |
| JP (1) | JP2025522158A (en) |
| CN (1) | CN119585575A (en) |
| CA (1) | CA3261689A1 (en) |
| NL (1) | NL2032505B1 (en) |
| WO (1) | WO2024014955A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6446442B1 (en) * | 1999-10-07 | 2002-09-10 | Hydrocool Pty Limited | Heat exchanger for an electronic heat pump |
| US9890975B2 (en) * | 2013-02-25 | 2018-02-13 | Marcus Jozef Gertrudis Zelissen | Thermoelectric heat transferring system |
| US10557650B2 (en) * | 2014-07-23 | 2020-02-11 | Biotech Trentino S.P.A. | Apparatus for the cooling of a drinking liquid, in particular drinking water, with innovative cooling system with peltier effect |
-
2022
- 2022-07-15 NL NL2032505A patent/NL2032505B1/en active
-
2023
- 2023-07-14 EP EP23744252.0A patent/EP4555266A1/en active Pending
- 2023-07-14 JP JP2025526399A patent/JP2025522158A/en active Pending
- 2023-07-14 CA CA3261689A patent/CA3261689A1/en active Pending
- 2023-07-14 CN CN202380053886.3A patent/CN119585575A/en active Pending
- 2023-07-14 WO PCT/NL2023/050379 patent/WO2024014955A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6446442B1 (en) * | 1999-10-07 | 2002-09-10 | Hydrocool Pty Limited | Heat exchanger for an electronic heat pump |
| US9890975B2 (en) * | 2013-02-25 | 2018-02-13 | Marcus Jozef Gertrudis Zelissen | Thermoelectric heat transferring system |
| US10557650B2 (en) * | 2014-07-23 | 2020-02-11 | Biotech Trentino S.P.A. | Apparatus for the cooling of a drinking liquid, in particular drinking water, with innovative cooling system with peltier effect |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024014955A1 (en) | 2024-01-18 |
| JP2025522158A (en) | 2025-07-10 |
| CA3261689A1 (en) | 2024-01-18 |
| CN119585575A (en) | 2025-03-07 |
| EP4555266A1 (en) | 2025-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0566646B1 (en) | Thermoelectric system | |
| US5653111A (en) | Thermoelectric refrigeration with liquid heat exchange | |
| US11251474B2 (en) | Structure and system with battery cooling | |
| US6502405B1 (en) | Fluid heat exchanger assembly | |
| RU2527505C2 (en) | Control system of temperature fluid | |
| US20220178627A1 (en) | Multi-channel high-efficiency heat dissipation water-cooling radiator | |
| RU2005108566A (en) | COMPACT HIGH EFFICIENT THERMOELECTRIC SYSTEMS | |
| US20080029251A1 (en) | Water-cooled heat sink and water-cooled system | |
| US12000628B2 (en) | Magnetic refrigeration module | |
| CN103959002A (en) | Heat exchanger with end seal for blocking off air bypass flow | |
| NL2032505B1 (en) | Thermoelectric heat pump | |
| CN114025142B (en) | Liquid cooling heat dissipation cold head, liquid cooling heat dissipation system and laser television | |
| CN107809879B (en) | Heat dissipation mechanism and equipment with heat source | |
| EP3312530A1 (en) | Heat exchange device | |
| EP3172509B1 (en) | Apparatus for the cooling of a drinking liquid, in particular drinking water, with innovative cooling system with peltier effect | |
| Farres-Antunez et al. | Optimization of heat exchangers operating with real fluids for thermo-mechanical energy storage | |
| JP2000097582A (en) | Aviation fuel preheater | |
| CN113154918A (en) | Interval sealed cooler | |
| EP3361847A1 (en) | A heat exchanger | |
| WO2005015106A1 (en) | Finned heat exchanger | |
| DK181794B1 (en) | Heat transfer unit | |
| GB2629762A (en) | thermoelectric recuperation system | |
| US11841021B2 (en) | Temperature control of a pumped gas flow | |
| JP4935522B2 (en) | Oil pan structure | |
| EP3837477A1 (en) | Heat pump system using thermo-electric element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD | Change of ownership |
Owner name: THERMOSWAP B.V.; NL Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), ASSIGNMENT; FORMER OWNER NAME: LEBEMA HOLDING B.V. Effective date: 20241231 |