Устройство для термоэлектрического охлаждения - RU2203457C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к холодильной технике, преимущественно к автомобильным термоэлектрическим холодильникам.

Известно устройство для термоэлектрического охлаждения, содержащее термобатарею с горячими спаями, примыкающими к подъемной ветви замкнутого контура циркуляции хладоносителя с опускной ветвью, обдуваемой с помощью вентилятора. Контур в верхней части, в месте соединения ветвей, выполнен в виде резервуара, разделенного пористой перегородкой на отсеки, один из которых заполнен газом и сообщен с подъемной ветвью при помощи уравнительной трубки. В этом отсеке установлены резисторы, включенные в электрическую цепь управления электродвигателем вентилятора [1].

Однако такое устройство имеет низкую холодопроизводительность, а из-за необходимости обеспечения герметичности контуров циркуляции хладоносителя сложную конструкцию, значительные габариты и массу.

Известен также автомобильный термоэлектрический холодильник, содержащий теплоизолированную камеру (в теплоизоляции которой выполнена дополнительная камера), каскадную термоэлектрическую батарею с радиаторами на спаях, верхний каскад которой холодными спаями примыкает к стенке, рабочей камеры, наружный вентилятор. Холодильник содержит дополнительный вентилятор, установленный в дополнительной камере, а радиаторы верхнего и смежного с ним каскадов выполнены в виде ребер, размещенных в дополнительной камере и входящих одно в другое с зазором, с образованием каналов, расположенных на уровне дополнительного вентилятора [2].

Такой холодильник имеет сложную конструкцию из-за наличия двух вентиляторов, высокий уровень энергопотребления и требует достаточно большого времени для выхода на требуемый режим работы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является термоэлектрический холодильник для автомобиля, содержащий холодильную камеру и термоэлектрическую батарею с холодными спаями, примыкающими к стенкам холодильной камеры, горячие спаи которой снабжены радиатором, размещенным в продуваемом вентилятором вертикальном кожухе. Термоэлектрическая батарея и электродвигатель вентилятора подключены через переключатель к аккумулятору автомобиля. Холодильник также содержит электронагреватель, размещенный в кожухе над радиатором горячих спаев батареи и подключенный через переключатель к аккумулятору автомобиля [3] [прототип].

Выявленные аналоги и прототип заявляемого изобретения, по нашему мнению, могут характеризовать современный уровень автомобильных портативных термоэлектрических холодильников.

С существенными признаками заявляемого изобретения совпадают следующие сходные признаки прототипа:
- холодильная камера;
- термоэлектрическая батарея;
- холодные спаи батареи примыкают к стенкам холодильной камеры;
- горячие спаи снабжены радиатором;
- радиатор размещен в продуваемом вентилятором кожухе;
- термоэлектрическая батарея и электродвигатель вентилятора подключены через переключатель к аккумулятору автомобиля.

Однако в известном термоэлектрическом холодильнике для автомобиля на охлаждение камеры работает только одна термобатарея, а дополнительная термобатарея малоэффективна, недостаточная теплоизоляция между теплообменниками, малоэффективный теплоотвод от горячих спаев и, как следствие, низкая холодопроизводительность, большое потребление электроэнергии.

Заявляемое устройство решает техническую задачу повышения холодопроизводительности, повышения теплоизоляции между теплообменниками, повышения эффективности теплоотвода от горячих спаев термоэлектрических батарей.

Это достигается тем, что заявляемое устройство, в отличие от известного холодильника, содержит по меньшей мере две симметрично расположенные термоэлектрические батареи, снабжено теплоотражающим экраном, размещенным между теплообменником горячих спаев термоэлектрических батарей и теплоизолятором теплообменника холодных спаев термоэлектрических батарей. Между теплоотражающим экраном и теплообменником горячих спаев имеется вентилируемый воздушный зазор, а в основании теплообменника горячих спаев имеются сквозные каналы и дополнительные поперечные междуреберные тепловые мостики.

Более подробно сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически показано описываемое устройство для термоэлектрического охлаждения (продольный разрез); на фиг.2 представлен поперечный разрез А-А устройства, где стрелками условно показаны направления прохождения нагнетаемого вентилятором воздуха; на фиг.3 показана схема ручного переключения режимов работы устройства; на фиг.4 показан блок-схема автоматического переключения режимов работы устройства.

Устройство содержит две термоэлектрические батареи 1, холодные спаи 2 которых примыкают к тепловым мостикам 3 теплообменника 4 (холодных спаев), имеющего теплоизолятор 5 и контактирующего с теплопроводной стенкой 6 холодильной камеры 7, имеющей теплоизоляцию 8. Горячие спаи 9 термобатарей примыкают к тепловым мостикам 10 теплообменника 11 (горячих спаев), выполненного в виде ребристого радиатора, имеющего основание 12, поперечные междуреберные тепловые мостики 13, сквозные каналы 14, воздухораспределительную камеру 15, вентилируемый зазор 16, теплоотражающий экран 17, кожух 18, вентилятор 19.

В целом устройство 20 (условно показанное на фиг.3) подключено к сети электропитания 21 посредством переключателя 22, который имеет возможность, при ручном переключении режимов работы устройства, замыкать цепь энергоснабжения в положениях I или II. При автоматическом управлении режимами работы (фиг.4) устройство имеет блок автоматики 23 переключения режимов работы, датчик 24 температуры холодильной камеры 7, электрически связанный с блоком автоматики.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При включении электропитания термобатарей и электродвигателя вентилятора тепло из холодильной камеры 7 через стенку 6, теплообменник 4 и его тепловые мостики 3 холодными спаями 2 термобатарей 1 трансформируется на более высокий температурный уровень горячих спаев 9 и через тепловые мостики 10 передается в теплообменник 11, с которого далее удаляется воздухом, принудительно продуваемым вентилятором 19. Воздухораспределительная камера 15 позволяет снизить аэродинамическое сопротивление теплообменника 11, что повышает его эффективность за счет увеличения количества и скорости продуваемого воздуха. Тепловые поперечные междуреберные мостики 13 позволяют повысить интенсивность передачи тепла от горячих спаев 9 термобатарей 1 к боковым ребрам теплообменника 11. Воздух, продуваемый через сквозные каналы 14 в вентилируемый зазор 16, отводит тепло от нижней поверхности основания 12 теплообменника 11. Теплоизолятор 5 значительно снижает обратный теплообмен с теплообменником 4. Теплоотражающий экран 17 осуществляет отражение теплового инфракрасного излучения с нижней поверхности основания 12 теплообменника 11 на теплообменник 4.

Устройство посредством ручного или автоматического переключения может работать в разных режимах электропитания. Во время движения автомобиля при работающем двигателе переключатель 22 находится в положении I (фиг.3), при этом термоэлектрические батареи 1 подключены к сети электропитания параллельно. В форсированном режиме работы устройства при максимальной потребляемой мощности (≈90 Вт) обеспечиваются максимальная холодопроизводительность и скорость снижения температуры в холодильной камере 7.

При стоянке автомобиля в режиме экономного энергопотребления переключатель 22 находится в положении II, при этом термобатареи подключены к сети электропитания последовательно. Энергопотребление уменьшается в 4 раза (≈22 Вт), а температура в холодильной камере поддерживается длительное время (до 10 ч).

В режиме автоматического переключения энергопитания устройство начинает работать в форсированном режиме (параллельное подключение термобатарей) с максимальной холодопроизводителоьностью и скоростью снижения температуры в холодильной камере 7. При достижении в холодильной камере 7 определенной низкой температуры, которая фиксируется датчиком 24, устройство 20 блоком автоматики 23 переключается в экономный режим (последовательное подключение термобатарей). При достижении в камере 7 верхнего предела температуры происходит переключение в форсированный режим.

Цикл повторяется, и температура в холодильной камере поддерживается в заданных пределах. При этом значительно повышается экономичность устройства путем снижения средневременного энергопотребления.

Основные характеристики устройства для термоэлектрического охлаждения приведены в таблице.

Заявляемое устройство для термоэлектрического охлаждения разработано, изготовлено и испытано в ОАО "НИТЕЛ".

В предложенном устройстве для термоэлектрического охлаждения решена задача повышения холодопроизводительности путем повышения теплоизоляции между теплообменниками, эффективности теплоотвода от горячих спаев термоэлектрических батарей. Теплоотражающий экран обеспечивает отражение теплового инфракрасного излучения; такое решение, по нашему мнению, открывает совершенно новые возможности для термоэлектрических охлаждающих устройств. Форсированный режим работы позволяет быстро достигать требуемой низкой температуры, а переход на экономный режим позволяет экономить электроэнергию. Автоматическое управление объединяет эти преимущества и позволяет поддерживать температуру в холодильной камере в заданных пределах.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 552479, кл. F 25 B 21/02, опубликовано 30.07.77., бюллетень 12.

2. Авторское свидетельство СССР 901767, кл. F 25 B 21/02, опубликовано 30.01.82., бюллетень 4.

3. Авторское свидетельство СССР 781515, кл. F 25 B 21/02, опубликовано 23.11.80., бюллетень 43.

Реферат

Изобретение относится к холодильной технике. Устройство для термоэлектрического охлаждения содержит холодильную камеру, две термоэлектрические батареи с горячими и холодными спаями, примыкающими к стенкам холодильной камеры. Горячие спаи батарей снабжены радиатором, размещенным в продуваемом вентилятором кожухе. Термоэлектрические батареи и электродвигатель вентилятора подключены через переключатель к аккумулятору автомобиля. Устройство снабжено теплоотражающим экраном, размещенным между теплообменником горячих спаев термоэлектрических батарей и теплоизолятором теплообменника холодных спаев. Теплоотражающий экран и теплообменник горячих спаев размещены с образованием воздушного вентилируемого зазора. В основании теплообменника горячих спаев выполнены сквозные каналы и дополнительные междуреберные тепловые мостики. Использование изобретения позволит повысить холодопроизводительность, теплоотвод от горячих спаев термоэлектрических батарей и улучшить теплоизоляцию между теплообменниками. 1 табл., 4 ил.

Формула