АВТОНОМНЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к охладительной технике, а именно, термоэлектрическим воздухоохладительным устройствам и может быть использована для охлаждения воздуха в замкнутом пространстве, например, в различных торговых шкафах - горках, стойках - электрошкафах с электрооборудованием, кабинах транспортных средств.
Широко известны различные конструкции термоэлектрических воздухоохладительных устройств для замкнутых объемов, содержащие термомодули, элементы теплопоглощения и теплопередачи с радиаторами теплопоглощения и тепловыделения, с вентиляторами и средствами изоляции.
Однако для данного уровня техники известных конструкций охладительных систем существуют проблемы повышения эксплуатационной надежности, снижения потребляемой мощности,
повышения удобств при ремонте (при монтажно-демонтажных работах), повышения холодопроизводительности, снижение веса и габаритов.
Так, известен термоэлектрический кондиционер для транспортных средств (Патент Франции «2315771, М.кл. Н01L 35/00, 1977), содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляторный блок и источник питания. Недостатком известного термоэлектрического кондиционера является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что радиаторные пластины заформированы с двух сторон в электроизоляционные прослойки, при этом все пластины зафиксированы в монтажную основу, и при термических расширениях происходит воздействие повышенных термоэлектрических нагрузок на коммутационные соединения термоэлектрических батарей. Кроме этого известное устройство имеет низкую ремонтоспособность, поскольку в случае повреждения какого-либо термоэлемента в батарее, приходится производить демонтаж всех узлов и разбор всей электроизоляционной пластины и коммутационных соединений, что сопряжено с длительной, сложной, дорогостоящей работой.
Известно более ремонтопригодное устройство - это термоэлектрический кондиционер для транспортных средств (Патент РФ №1 791874, М.кл. Н01L 35/28, опубл. 1993.01.30), применяемый для
получения холода и содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляторный блок, источник питания. Это устройство для улучшения ремонтоспособности и эксплуатационной надежности дополнительно снабжено разъемными корпусами термоэлектрических батарей, электроизоляционными рамками, упругими проставками, системой стяжек и монтажных планок, причем каждый разъемный корпус состоит из двух совместимых идентичных частей. Каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, расположенные на противоположных гранях, окна для «холодных» и «горячих» радиаторных пластин в торцевых стенках корпуса, отверстия для слива конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы, зафиксированные в стенке корпуса, термоэлектрические батареи объединены в модули, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхности окон корпусов крайних термоэлектрических батарей.
Оперативную замену поврежденного элемента производят в следующей последовательности:
Отсоединяют токоотводы заменяемого модуля, перемещают ручки стяжек, сжимая пружины и выступы пластины выходят из соответствующий углублений общего корпуса кондиционера. Освобождаются элементы крепления коммутационных планок извлекаемой термоэлектрической батареи и два элемента крепления контактной планки, после чего корпус батареи свободно выдвигается из модуля и на высвободившееся место вставляют термоэлектрическую батарею из ЗИПа (размещенную в своем разъемном корпусе. Затем присоединяют к ее резьбовым штырям соответственно крепежных элементов, модуль размещают на прежнем месте, присоединяют к токоотводам и токовые провода.
Недостатками этой известной конструкции являются следующие. Недостаточно простой монтаж и демонтаж при замене вышедшего из строя термомодуля. Громоздкость и высокий вес всей конструкции. Низкая эксплуатационная надежность из-за сложной конструкции и недостаточной обеспеченности необходимой компенсации термомеханических нагрузок и отсутствия сформированных в необходимом направлении потоков воздуха. Недостаточно высокая ремонтопригодность из-за невозможности агрегатного ремонта.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является термоэлектрический кондиционер для транспортного средства, известный по патенту РФ №2166 363, М.кл. В60Н 3/00, опубл. 2001.10.06, имеющий более облегченные радиаторы. Это устройство
содержит разъемный корпус, в котором расположен набор термоэлектрических ячеек, каждая из которых состоит из термоэлектрического модуля и радиаторов с ребрами, присоединенных к внешним противолежащим поверхностям его теплообменных пластин, систему крепления термоэлектрических ячеек, состоящего из крепежных пластин с окнами, в которых размещены стяжки, и упругих уплотнений, контактирующих со средними зонами боковых поверхностей термоэлектрических ячеек, блок управления, блок вентиляторов. В этом известном устройстве значительно повышена эксплуатационная надежность за счет конструктивного обеспечения разгрузки полупроводниковых ветвей термоэлектрических батарей и их коммутационных соединений от воздействия вибрационных и ударных нагрузок, возникающих при эксплуатации на железнодорожном транспорте. Однако имеется ряд нерешенных проблем. К нерешенным проблемам, обусловившим существенные недостатки, являются следующие:
- большие габариты и высокий вес конструкции;
- невозможность агрегатного ремонта;
- недостаточно высокая холодопроизводительность из-за отсутствия направлено сформированных горячего и холодного потоков воздуха;
- невысокий безремонтный срок эксплуатации из-за сложности конструкции в целом.
В заявляемом устройстве устраняют указанные недостатки.
При создании конструкции заявляемого устройства ставились задачи, связанные с модернизацией конструкции автономного термоэлектрического воздухоохладительного агрегата, в связи с чем разработанное техническое решение должно обладать:
- оптимальной компактностью и простой конструкции с жесткими ограничениями по массе и габаритам;
- конструктивной обеспеченностью возможности проведения агрегатного ремонта устройства за счет модульного конструирования устройства в целом;
- повышение холодопроизводительности за счет конструктивной обеспеченности формирования направленных потоков воздуха;
- повышение надежности конструкции с обеспечением высокой степени безаварийности и пожаробезопасности устройства;
- конструктивно обеспечить постоянное упругое плотное прилегание активных поверхностей термомодулей к теплопроводящим поверхностям радиаторов.
Предлагается автономный термоэлектрический воздухоохладительный агрегат, содержащий размещенные в нем посредством системы крепления наборы термоэлектрических модулей, каждый из которых размещен между горячей и холодной теплообменными пластинами, контактирующими соответственно с горячим и холодным радиаторами из гофрированной ленты с плоскими вершинами, поверх которых установлены прижимные пластины, а также вентиляторы горячей и холодной сторон.
Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что устройство снабжено монтажным коробчатым основанием со сквозным вырезом и установленными на нем с размещением в упомянутом вырезе модульными секциями блока охлаждения с формирователями потоков горячего и холодного воздуха, а также введены горячий и холодный кожухи, установленные оппозитно друг другу на упомянутом монтажном основании по обе его стоны с возможностью образования с одной стороны - горячего воздуховода, а с другой стороны - холодного воздуховода, при этом каждая модульная секция блока охлаждения включает элемент системы крепления, выполненный в виде замкового блока прижима упомянутых радиаторов к теплообменным пластинам, состоящий из симметрично размещенных поверх радиаторов U-образно изогнутых скоб, например, двух, каждая из которых снабжена выполненными на разогнутых концах защелками, под которыми установлена замыкающая пластинчатая пружина с дугообразно изогнутой поверхностью, в центре выпуклой части которой выполнен контактирующий с лункой прижимной пластины выпуклый центрирующий элемент, а на приподнятых краях замыкающей пластинчатой пружины выполнены замковые вырезы с зацепами, контактирующие с защелками скоб, причем на монтажное коробчатое основание устанавливают модульные секции блока охлаждения в количестве равном любому целому числу, а каждый формирователь потоков горячего и холодного воздуха выполнен в виде крышки с отверстиями, например, двумя, для размещения внутренних вентиляторов, причем каждый упомянутый установлен на упомянутом
монтажном основании параллельно соответствующей модульной секции в горячем и холодном воздуховодах, в каждом из которых в соответствующем формирователе потока воздуха установлены вентиляторы горячей и холодной сторон.
Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.
Техническое решение можно признавать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется, например, в железнодорожном транспорте.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение состоит в создании оригинальной конструкции автономного термоэлектрического воздухоохладительного агрегата, отличающейся от известных высокой степенью модернизации, компактностью, повышенной надежностью работы, удобством сборки и разборки за счет модульности и агрегатности конструкции, повышенной пожаростойкостью за счет повышения эффективности воздухоохлаждения благодаря специальному формированию горячих и холодных потоков воздуха.
Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:
- фиг.1 - автономный термоэлектрический воздухоохладительный агрегат, общий вид, аксонометрия;
- фиг.2 - то же, вид спереди;
- фиг.3 - то же, вид сверху; (кожух снят)
- фиг.4 - то же, вид сбоку;
- фиг.5 - модульная секция блока охлаждения, вид спереди;
- фиг.6 - то же, вид снизу;
- фиг.7 - то же, вид сбоку;
- фиг.8 - монтажное коробчатое основания, вид спереди;
- фиг.9 - то же, вид сбоку;
- фиг.10 - формирователь потока воздуха, вид спереди;
- фиг.11 - то же, вид сбоку;
- фиг.12 - вид сзади;
- фиг.13 - скоба, вид спереди;
- фиг.14 - то же, вид сбоку;
- фиг.15 - замыкающая пластинчатая пружина, вид спереди;
- фиг.16 - то же, вид сверху;
- фиг.17 - кожух горячий, вид спереди;
- фиг.18 - то же, вид сверху;
- фиг.19 - кожух холодный, вид спереди;
- фиг.20 - то же, вид сбоку;
- фиг.21 - то же, вид сверху
Заявляемая полезная модель- автономный термоэлектрический воздухоохладительный агрегат 1 (см. фиг.1-21,) содержит монтажное коробчатое основание 2 (фиг.8-9) со сквозным вырезом 3, например,
прямоугольным, в вырезе 3 на основании 2 установлены модульные секции 4 блока охлаждения (фиг.5, 6, 7) с формирователями потоков горячего и холодного воздуха 5, 6 (фиг.5, 6, 7), а также содержит горячий 7 и холодный 8 кожухи. Упомянутые кожухи 7 и 8 установлены оппозитно друг другу на монтажном основании 2 по обе его стороны с возможностью образования с одной стороны упомянутого основания горячего воздуховода 9, и с другой его стороны - холодного воздуховода 10 (фиг.1-12). Каждая модульная секция 4 блока охлаждения содержит набор термоэлектрических модулей 11 (фиг.2, 5), например, в данном примере реализации устройства - содержит два термоэлектрических модуля (далее - ТЭМ) 11, каждый из которых размещен между горячей и холодной теплообменными пластинами 12 и 13, контактирующими с горячим и холодным радиаторами 14 и 15 из гофрированной ленты с плоскими вершинами. При этом каждая модульная секция 4 блока охлаждения включает элемент системы крепления, выполненный в виде замкового блока 16 (фиг.5, 12, 13) прижима упомянутых радиаторов 14 и 15 к теплообменным пластинам, состоящий из симметрично размещенных поверх радиаторов 14 и 15 U-образно изогнутых скоб 17, например, двух (фиг.5 и 13). Каждая скоба
17 на разомкнутых концах снабжена защелками 18 (фиг.13). Под защелками 18 установлена замыкающая пластинчатая пружина 19 (см. фиг.15, 16, 17) с дугообразно изогнутой поверхностью, в центре выпуклой части которой выполнен выпуклый центрирующий элемент 20, контактирующий с лункой прижимной пластины 28 (фиг.14, 15). Центрирующий элемент 20 этой конструкции обеспечивает подвижное, но устойчивое зафиксированное положение замыкающей пластинчатой пружины 19, обеспечивая при этом ее свободное (подвижное), упруго-зафиксированное расположение на прижимной пластине, обеспечивающим постоянное плотное прилегание теплоснимающих пластин и радиаторов, и, одновременно, обеспечивающих термокомпенсацию при термоциклировании в процессе эксплуатации.
На приподнятых краях замыкающей пружины 19 выполнены замковые вырезы 21 с зацепками 22, контактирующими с защелками 18 скоб 17.
На монтажное коробчатое основание 2 устанавливают модульные секции 4 блока охлаждения в количестве, равном любому целому числу. Иначе говоря, в каждом конкретном изделии устанавливают такое количество модульных секций, которое необходимо для получения определенной величины холодопроизводительности, например, при холодопроизводительности 100 Вт требуется установить две модульные
секции блока охлаждения. Количество модульных секций определяют расчетным путем.
Для создания воздушных потоков определенной направленности рядом с каждой модульной секцией установлены формирователи горячего 5 и холодного 6 воздуха, причем каждый формирователь закреплен на упомянутом основании 2 и размещен соответственно в горячем и холодном воздуховодах 9 и 10 (фиг.1-20). Каждый из формирователей потока воздуха 9 и 10 выполнен в виде крышки 30 (см. фиг.10) с отверстиями 31 для установки вентиляторов, например, данный пример реализации имеет два отверстия для установки двух вентиляторов (фиг.10, 11).
Формирователи горячего 5 и холодного 5 потоков воздуха установлены на монтажном основании 2 параллельно соответствующей модульной секции 4 в горячем и холодном воздуховодах 9 и 10 соответственно. В формирователях 5 и 6 установлены соответствующие вентиляторы 24 и 25 горячей и холодной сторон (фиг.2, 3, 4).
Работа заявляемого устройства заключается в следующем. Автономный термоэлектрический воздухоохладительный агрегат 1 с помощью шпилек 27 устанавливают в стенке замкнутого пространства так, чтобы внутри располагалась его холодная часть. Затем, после подачи команды «пуск» с пульта управления (на фиг. не показан), подают питание к вентиляторам 24 и 25 и к термомодулям модульных секций 4 блока охлаждения. При этом ток, поступающий на токоподводы к термоэлектрическим модулям 11, пропускается через ветви термомодулей и за счет эффекта Пельтье на «холодных» спаях
происходит поглощение тепла, а на «горячих» - тепловыделение. Вентиляторы 25 холодного воздуховода 10 с формирователями 6 холодного потока организуют интенсивный поток воздуха, омывающий радиаторные поверхности, примыкающие к теплообменным пластинам, расположенным на «холодных» сторонах термомодулей, и за счет этого охлаждения воздух наполняет внутреннюю часть замкнутого пространства. При этом одновременно происходит интенсивный отвод тепла формируемым потоком воздуха от горячих сторон термомодулей в горячем воздуховоде 9 и выделяемое горячими сторонами термомодулей тепло горячими вентиляторами 25 снимается с горячих радиаторов и через отверстия горячего кожуха 7 удаляется в окружающую среду.
В случае повреждения ветви или коммутационного соединения какого-либо термомодуля в любой модульной секции производят демонтаж этой секции и замену его на работающую модульную секцию.
Заявляемая конструкция автономного термоэлектрического воздухоохладительного агрегата обладает следующими техническими преимуществами по сравнению с известными конструкциями:
- оптимальной компактностью с жесткими ограничениями по габаритам и весу;
- повышением холодопроизводительности за счет оригинального конструктивного решения по формированию направленных потоков холодного и горячего воздуха;
- максимально рациональным взаимодействием блоков устройства с обеспечением удобства их обслуживания и монтажа;
1. - - конструктивной обеспеченностью возможности проведения агрегатного ремонта устройства за счет модульного конструирования устройства в целом;
- повышением холодопроизводительности за счет конструктивной обеспеченности формирования направленных потоков воздуха;
- повышением надежности конструкции с обеспечением высокой степени безаварийности и пожаробезопасности устройства;
- конструктивной обеспеченностью постоянного упругого плотного прилегания активных поверхностей термомодулей к теплопроводящим поверхностям радиаторов.