Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Raumklimagerät. Solche Raumklimageräte eignen sich zur Regelung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in einem Raum. Hintergrund der Erfindun

Ein Raumklimagerät ist bekannt aus der Patentschrift US 3252504. Das Raumklimagerät enthält ein thermoelektrisch arbeitendes Wärmepumpenmodul, das an einen externen Kreislauf angeschlossen ist, in dem ein wärmeübertragendes Strömungsmittel zirkuliert. Das

Strömungsmittel kann mittels eines zentralen Boilers erwärmt oder mittels eines Kühlturms gekühlt oder mittels eines Wärmetauschers gekühlt oder erwärmt werden. Weitere derartige Raumklimageräte sind aus der DE 1817077 und der FR 2460449 bekannt.

Aus der Patentschrift US 6393842 ist ein mobiles Raumklimagerät mit thermoelektrisch arbeitenden Wärmepumpenmodulen bekannt, das zusätzlich zu Kühlung und Heizung auch eine Entfeuchtung der Raumluft ermöglicht. Kurze Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raumklimagerät zu schaffen, das eine effiziente Erwärmung, Kühlung und Entfeuchtung der Raumluft ermöglicht.

Ein erfindungsgemässes Raumklimagerät umfasst

- ein Gehäuse mit einer Frontplatte und mit Lüftungsschlitzen,

- im Inneren des Gehäuses angeordnete Wärmepumpenmodule, die eine Kammer, ein erstes thermoelektrisches Modul und Lamellen aufweisen, wobei das erste thermoelektrische Modul zwischen der Kammer und den Lamellen angeordnet ist,

- ein Leitungssystem, das die Kammern der Wärmepumpenmodule mit einem Einlas s und einem Auslass verbindet, die an einen externen, ein wärmeübertragendes Strömungsmittel führenden Kreislauf anschliessbar sind,

- Mittel zum Erzeugen einer zwangsweisen Luftströmung, um Luft anzusaugen, an den

Lamellen vorbeizuführen und wieder auszublasen, und

- eine Steuereinheit, die die Wärmepumpenmodule steuert.

Mindestens eines der Wärmepumpenmodule weist ein zweites thermoelektrisches Modul auf, das auf der dem ersten thermoelektrischen Modul gegenüberliegenden Seite der Kammer angeordnet und mit der Frontplatte des Gehäuses in gutem thermischen Kontakt ist. Die zweiten thermoelektrischen Module können bei Bedarf benutzt werden für die Erwärmung der Frontplatte, damit die Frontplatte Strahlungswärme an den Raum abgibt. Die

Wärmepumpenmodule sind bevorzugt einzeln oder in Gruppen in unterschiedlichen

Betriebsmodi betreibbar. Die Reihenfolge des Durchflusses des Strömungsmittels durch die Wärmepumpenmodule ist bevorzugt veränderbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.

Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemässes

Raumklimagerät, und

Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch das Raumklimagerät.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemässes

Raumklimagerät 1. Das Raumklimagerät 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Frontplatte 3 auf, das im oberen und im unteren Bereich mit Lüftungsschlitzen 4 bzw. 5 versehen ist. Das Ansaugen und Ausblasen von Luft erfolgt bei diesem Beispiel von/nach unten/oben. Die Lüftungsschlitze 4 und/oder 5 können sich auch auf der Frontplatte 3 befinden, damit das Ansaugen und

Ausblasen von Luft von/nach vorne möglich ist. Im Inneren des Gehäuses 2 sind mehrere thermoelektrisch arbeitende Wärmepumpenmodule 6 bis 13 angeordnet. Bei diesem

Ausführungsbeispiel sind acht Wärmepumpenmodule vorhanden, die in zwei vertikal übereinander liegenden Reihen 14 und 15 angeordnet sind. Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Raumklimagerät 1, der einer Draufsicht auf die Wärmepumpenmodule 10 bis 13 entspricht. Die Wärmepumpenmodule 6 bis 13 umfassen eine von einem Strömungsmittel durchströmbare Kammer 16, ein erstes thermoelektrisches Modul 17 mit Lamellen 18. Der Begriff„Lamellen" schliesst auch Rippen ein. Das erste thermoelektrische Modul 17 ist zwischen der Kammer 16 und den Lamellen 18 angeordnet und mit diesen thermisch gut verbunden. Eines oder mehrere der Wärmepumpenmodule, im Beispiel die beiden Wärmepumpenmodule 10 und 13, umfassen zusätzlich ein zweites thermoelektrisches Modul 19, das auf der dem ersten thermoelektrischen Modul 17 gegenüberliegenden Seite der Kammer 16 angeordnet und mit der Frontplatte 3 des Gehäuses 2 in gutem thermischen Kontakt ist, beispielsweise wie dargestellt durch eine flächige Verbindung. (Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit sind die Bezugszeichen 16 bis 19 nur für das Wärmepumpenmodul 13 eingetragen). Die Kammern 16 der Wärmepumpenmodule 6 bis 13 sind über ein Leitungssystem 20 (nur in Fig. 2 dargestellt) mit einem Einlass 21 und einem Auslass 22 für den Anschluss an einen externen Kreislauf verbunden, in dem ein wärmeübertragendes Strömungsmittel, zum Beispiel Wasser, zirkuliert. Die Kammern 16 der Wärmepumpenmodule 6 bis 13 können strömungstechnisch seriell, parallel oder auch in einer Kombination davon angeordnet sein, wobei die Reihenfolge des Durchflusses des

Strömungsmittels durch die Wärmepumpenmodule 6 bis 13 mit Vorteil mittels Ventilen veränderbar ist. Das Raumklimagerät 1 verfügt weiter über ein nicht dargestelltes Mittel zum Erzeugen einer zwangsweisen Luftströmung, das die Luft bei den im unteren Bereich des Gehäuses 2 angeordneten Lüftungsschlitzen 4 ansaugt, an den Lamellen 18 vorbeiführt und über die im oberen Bereich angeordneten Lüftungs schlitze 5 ausbläst. Dieses Mittel umfasst beispielsweise ein Gebläse oder einen Ventilator und Luftführungselemente oder

Luftführungskanäle. Unterhalb der Lamellen 18 sind Auffangschalen angeordnet, die im Betrieb anfallendes Kondenswasser auffangen und einem Ablauf zuführen.

Jedes thermoelektrische Modul 17, 19 besteht aus mindestens einem Peltierelement oder umfasst mindestens ein Peltierelement und hat zwei einander gegenüberliegende Aussenseiten, von denen die eine Aussenseite gekühlt und die andere Aussenseite erwärmt wird, wenn eine elektrische Spannung an das mindestens eine Peltierelement angelegt wird. Die eine Aussenseite kann somit als Kaltseite, die andere Aussenseite als Warmseite bezeichnet werden. Welche der beiden Aussenseiten die Kaltseite und welche die Warmseite ist, hängt von der Polarität der Spannung bzw. der Richtung des im Peltierelement fliessenden Stroms ab.

Das Raumklimagerät 1 umfasst weiter eine Steuereinheit 23 und Sensoren, beispielsweise Sensoren zur Messung der Temperatur, der Feuchtigkeit und/oder des Taupunkts der Luft, deren Messwerte für die Steuerung der Wärmepumpenmodule 6 bis 13 benutzt werden. Die

Steuereinheit 23 umfasst bevorzugt ein am Raumklimagerät angeordnetes Bedienpanel und/oder ist über eine Fernbedienung bedienbar. Das Bedienpanel hat beispielsweise eine integrierte Anzeige, damit die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit angezeigt werden können. Die Steuereinheit 23 ermittelt aus den von den Sensoren gelieferten Messwerten und aus den von einem Benutzer über das Bedienpanel oder die Fernbedienung eingegebenen, zu erreichenden oder bereits werksseitig vorgegebenen Raumklimawerten und der Ist-Temperatur, die das Strömungsmittel am Einlass 21 aufweist, die für den optimalen Betrieb nötigen Steuerbefehle für die Wärmepumpenmodule 6 bis 13. Die Steuereinheit 23 kann auch eingerichtet sein, aus den zu erreichenden Raumklimawerten eine Soll-Temperatur zu bestimmen, die das Strömungsmittel am Einlass 21 aufweisen soll, und diese Soll-Temperatur an ein im externen Kreislauf angeordnetes Heizungsgerät und/oder Kühlgerät zu übermitteln, das das Strömungsmittel auf die gewünschte Temperatur erwärmt oder kühlt. Dabei ist zu beachten, dass in einem Haus mehrere derartige Raumklimageräte 1 vorhanden sein können, die eine unterschiedliche Soll-Temperatur anfordern, weshalb die am Einlass 21 herrschende Ist- Temperatur des Strömungsmittels nicht notwendigerweise der angeforderten Soll-Temperatur entspricht.

Das Leitungssystem 20 des Raumklimageräts 1 kann wie bereits erwähnt Ventile umfassen, mit denen der Zufluss des Strömungsmittels zu den einzelnen Wärmepumpenmodulen 6 bis 13 und/oder zu zu Gruppen zusammengefassten Wärmepumpenmodulen 6 bis 13 bei Bedarf unterbrochen oder verändert und damit der Durchfluss unterbunden oder verändert werden kann. Die Wärmepumpenmodule 6 bis 13 sind bevorzugt einzeln oder in Gruppen steuerbar.

Jedes der Wärmepumpenmodule 6 bis 13 ermöglicht drei grundlegende Betriebsarten, nämlich Heizen, Kühlen sowie Kühlen und Entfeuchten, die nachfolgend erläutert werden:

1. Heizen

Im Heizmodus wird die Polarität der an die Peltierelemente angelegten Spannung so gewählt, dass die der Kammer 16 zugewandte Seite des thermoelektrischen Moduls 17 von dem durch die Peltierelemente fliessenden Strom gekühlt wird und somit die Kaltseite bildet, während die den Lamellen 18 zugewandte Seite des thermoelektrischen Moduls 17 erwärmt wird und somit die Warmseite bildet. Das durch die Kammer 16 fliessende Strömungsmittel wird demzufolge abgekühlt, während die an den Lamellen 18 vorbeiströmende Luft erwärmt wird. Diese

Betriebsart wird im folgenden nochmals verdeutlicht:

- Das Strömungsmittel hat beim Einlass 21 des Raumklimageräts 1 eine Temperatur T _Ein und beim Auslass eine Temperatur T _Aus , wobei T _Ein > T _Aus ist.

- Das Strömungsmittel führt der Kaltseite der Peltierelemente Wärme zu. Die Temperatur der Kaltseite der Peltierelemente wird mit Tkait bezeichnet.

- Die den Peltierelementen zugeführte elektrische Energie bewirkt durch Pumpen von

thermischer Energie von der Kaltseite zur Warmseite die Erwärmung der Warmseite auf die Temperatur T _warm , wobei T _warm > Tkait ist.

Die Temperaturen liegen typischerweise in einem Bereich von

T _Ein = 24°C bis 45°C T _Aus = T _Ein - ΔΤι mit ΔΤι = 1°C bis 5°C

Twarm = T _kalt + ΔΤ ₂ ~ T _Ein + ΔΤ ₂ mit ΔΤ ₂ = 0°C bis 60°C,

wobei selbstverständlich andere Temperaturbereiche möglich sind.

Eines oder mehrere der Wärmepumpenmodule, im Beispiel die Wärmepumpenmodule 10 und 13, weisen zusätzlich das zweite thermoelektrische Modul 19 auf, das mit der Frontplatte 3 des Gehäuses 2 thermisch gut verbunden ist. Die Polarität der an die Peltierelemente des zweiten thermoelektrischen Moduls 19 angelegten Spannung wird im Heizmodus so gewählt, dass die der Kammer 16 zugewandte Seite des thermoelektrischen Moduls 19 gekühlt wird und somit die Kaltseite bildet, während die der Frontplatte 3 des Gehäuses 2 zugewandte Seite erwärmt wird und die Warmseite bildet, so dass die Frontplatte 3 Strahlungswärme an den Raum abgibt. Um eine möglichst grosse Abstrahlfläche zu erreichen besitzt die Frontplatte 3 idealerweise eine gute Wärmeleitfähigkeit.

2. Kühlen

Im Kühlmodus wird die Polarität der an die Peltierelemente angelegten Spannung gegenüber der Polarität im Heizmodus umgekehrt, d.h. so gewählt, dass die der Kammer 16 zugewandte Seite des thermoelektrischen Moduls 17 von dem durch die Peltierelemente fliessenden Strom erwärmt wird und somit die Warmseite bildet, während die den Lamellen 18 zugewandte Seite des thermoelektrischen Moduls 17 gekühlt wird und somit die Kaltseite bildet. Das durch die Kammer 16 fliessende Strömungsmittel wird demzufolge erwärmt, während die an den

Lamellen 18 vorbeiströmende Luft abgekühlt wird.

Diese Betriebsart wird im folgenden nochmals verdeutlicht:

- Das Strömungsmittel hat beim Einlass 21 des Raumklimageräts 1 wiederum eine Temperatur T _Ein und beim Auslass eine Temperatur T _Aus , wobei T _Aus > T _Ein ist.

- Das Strömungsmittel entzieht der Warmseite der Peltierelemente Wärme,

- Die den Peltierelementen zugeführte elektrische Energie bewirkt durch Pumpen von

thermischer Energie von der Kaltseite zur Warmseite eine Kühlung der Kaltseite auf die Temperatur T _kidt , wobei T _kidt < T _warm ist.

Die Temperaturen liegen typischerweise in einem Bereich von

T _Ein = 15°C bis 25°C,

T _Aus = T _Ein + ΔΤι mit ΔΤι = 1°C bis 10°C,

T _ka i _t = T _warm - ΔΤ ₂ ~ T _Ein - ΔΤ ₂ mit ΔΤ ₂ = 0°C bis 25°C,

wobei selbstverständlich andere Temperaturbereiche möglich sind. Die durch die Lüftungs schlitze 4 angesaugte Luft wird beim Vorbeiströmen an den Lamellen 18 beispielsweise auf 22° abgekühlt. Die der Luft entzogene Wärme und die den Peltierelementen zugeführte elektrische Betriebsenergie wird vom Strömungsmittel aus dem Raumklimagerät 1 abgeführt. Beim Abkühlen nimmt die relative Feuchtigkeit der Luft zu. Wenn die Temperatur der Luft beim Vorbeiströmen an den Lamellen 18 ihren Taupunkt erreicht, bildet sich Kondenswasser. In diesem Fall wird die Raumluft sowohl gekühlt als auch entfeuchtet, was die nächste Betriebsart ergibt.

Die zweiten thermoelektrischen Module 19 der beiden Wärmepumpenmodule 10 und 13 sind entweder ausgeschaltet oder sie werden derart betrieben, dass die der Kammer 16 zugewandte Seite die Warmseite und die der Frontplatte 3 des Gehäuses 2 zugewandte Seite die Kaltseite bildet, um so die Frontplatte 3 des Gehäuses 2 zu kühlen. Dabei bleibt die

Oberflächentemperatur der Frontplatte 3 idealerweise aber über dem Taupunkt der zu kühlenden Raumluft. 3. Kühlen und Entfeuchten

Bei diesem Betriebsmodus wird die Polarität der an die Peltierelemente angelegten Spannung gleich gewählt wie beim Betriebsmodus„Kühlen" und das Strömungsmittel wird benutzt, um Wärme aus dem Raumklimagerät 1 abzuführen. Die an die Peltierelemente angelegte Spannung wird jedoch so gewählt, dass die Kaltseite des Peltierelements und damit die Lamellen 18 auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts der Luft abgekühlt werden, so dass sich an den

Lamellen 18 Kondenswasser bildet. Bei diesem Vorgang wird die Luft deshalb sowohl gekühlt als auch entfeuchtet.

Die Steuereinheit des Raumklimageräts 1 ist einerseits eingerichtet, alle Wärmepumpenmodule 6 bis 13 gleichzeitig in einem der oben genannten Betriebsmodi zu betreiben, um den Raum entweder zu heizen, zu kühlen bzw. zu kühlen und entfeuchten. Die Steuereinheit des

Raumklimageräts 1 kann anderseits eingerichtet sein, die Wärmepumpenmodule 6 bis 13 bei Bedarf in unterschiedlichen Betriebsarten zu betreiben, um so das Ausmass der Entfeuchtung und der Abkühlung der aus dem Raumklimagerät wieder austretenden Luft zu steuern. Dies führt zu dem folgenden zusätzlichen Betriebsmodus des Raumklimageräts 1: 4. Entfeuchten mit Nachheizen

Bei diesem Betriebsmodus werden zumindest einige der in der unteren Reihe 14 angeordneten Wärmepumpenmodule 6 bis 9 im Betriebsmodus„Kühlen und Entfeuchten" betrieben und zumindest die in der oberen Reihe 15 direkt darüber liegenden Wärmepumpenmodule werden im Heizmodus betrieben, um die gekühlte und entfeuchtete Luft wieder zu erwärmen, jedoch nur soweit, dass die Temperatur der an den Raum abgegebenen Luft etwa gleich der Temperatur der vom Raum angesaugten Luft ist.

Zusätzlich können die zweiten thermoelektrischen Module 19 der beiden Wärmepumpenmodule 10 und 13 benutzt werden, um die Frontplatte 3 des Gehäuses 2 zu erwärmen, so dass die Frontplatte 3 Strahlungswärme abgibt.

Bei diesen Betriebsmodi kann es jedoch unter Umständen vorteilhaft sein, das Strömungsmittel zuerst durch die Wärmepumpenmodule zu leiten, die im einen Betriebsmodus arbeiten und anschliessend durch die Wärmepumpenmodule, die im anderen Betriebsmodus arbeiten, wobei die Reihenfolge davon abhängt, ob das Strömungsmittel insgesamt Wärme zuführen oder Wärme abführen soll, d.h. ob die Soll-Temperatur des Strömungsmittels am Einlass 21 grösser oder kleiner als seine Soll-Temperatur am Auslass 22 ist.

Die in den verschiedenen Betriebsmodi angegebenen Zahlenwerte für die Temperaturen und Temperaturdifferenzen sind nur als Beispiele und nicht in limitierender Weise zu verstehen.