ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ

Изобретение относится к экологически чистым устройствам, предназначенным для охлаждения воздуха в термоизолированном объеме, в частности, используется в транспортных средствах, например, в автомобилях для перевозки продуктов, в торговом холодильном оборудовании и в закрытых электронных шкафах.
В настоящее время достаточно актуальной задачей является разработка недорогого и экологически чистого воздухоохладителя для термоизолированного объема, обеспечивающего эффективное охлаждение и обеспечение при этом высокой надежности при эксплуатации в целом.
Так, известен термоэлектрический кондиционер (1), содержащий 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 посредством высокотеплопроводного, упругого материала. Система крепления термоэлектрических ячеек состоит из жестких и упругих уплотнений. Радиаторы располагаются на опорных, упругих элементах, выполненных в виде U-образных пластин. Блок управления содержит биметаллические термодатчики, блок реверсирования электрического тока и систему автоматического управления на микропроцессорах. Корпус присоединен к потолку транспортного средства посредством опорных элементов с амортизаторами, каждый из которых содержит соосно расположенные цилиндрические втулки с размещенными между ними слоем упругого материала.
Недостатком этого устройства является то, что его конструкция низко эффективна по возможности отвода тепла от горячих и холода от холодных сторон термомодулей и ненадежна в эксплуатации вследствие быстрого разрушения источника холода из-за тряски устройства в пути.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является термоэлектрический кондиционер (2), выбранный в качестве прототипа.
Данный термоэлектрический кондиционер содержит корпус, разделенный посредством перегородки на канал основного (кондиционированного) потока воздуха и канал вспомогательного (технологического) потока воздуха, с вентиляторами, установленными в каждом из этих каналов, и установленные в перегородке термоэлектрические батареи, одни спаи которых расположены со стороны канала технологического воздуха, а другие - со стороны кондиционированного воздуха.
В известном кондиционере корпус разделен термоизолированной перегородкой на два воздушных канала, а термоэлектрические батареи снабжены теплообменниками, соединенными с противолежащими сторонами термоэлектрических батарей, которые размещены в перегородке.
Недостатками этой конструкции являются низкая эксплуатационная надежность, обусловленная достаточно быстрым разрушением коммутационных соединений и полупроводниковых ветвей в термоэлектрических батареях. Термоэлектрические батареи жестко зафиксированы в перегородке, разделяющей корпус на каналы, и длительные вибрационные и ударные нагрузки, возникающие при движении транспортного средства, приводят к разрушению указанных элементов термоэлектрического кондиционера.
Кроме того, недостатком этой конструкции является ее низкая охлаждающая эффективность, обусловленная сложностью конструкции, а
именно: требует специальных термоэлектрических батарей и сложных корпусов. Низкая эффективность системы кондиционирования ограничивает его применение для транспортных средств в широком диапазоне климатических условий.
Решаемой задачей настоящего изобретения является устранение части из указанных недостатков: создание недорогого и простого по конструкции, экологически чистого термоэлектрического воздухоохладителя имеющего высокую эффективность отвода тепла от горячих сторон и холода от холодных сторон термомодулей, имея при этом высокую надежность при эксплуатации. При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:
- улучшение технических и эксплуатационных характеристик;
- простота конструкции;
- удобство и высокая надежность при эксплуатации;
- экологическая безопасность вследствие отсутствия химически активных или находящихся под высоким давлением хладагентов;
- возможность применения на движущихся объектах;
- возможность эксплуатации в широком диапазоне климатических условий.
Предлагается термоэлектрический воздухоохладитель, содержащий термомодули, каждый из которых имеет горячую и холодную стороны, теплопровод и холодопровод, установленные поверх термомодулей для теплового контакта с соответствующей стороной термомодуля, горячий и холодный радиаторы, вентиляторы теплосброса и теплопоглощения. Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что воздухоохладитель снабжен дисковыми теплорассеивателем и холодорассеивателем, каждый из которых выполнен в форме плоской дискообразной шайбы, установленной поверх ребер горячего
и холодного радиаторов сверху и снизу, а горячий и холодный радиаторы выполнены в виде цилиндрической поверхности, образованной лентой из П-образных ребер в виде полого центрального коллекторного канала, образующего насосную систему с сообщающимися с ним сужающимися к центру трехгранными радиальными каналами, образованными сообщающимися гранями упомянутой ленты цилиндрической поверхности, при этом горячий радиатор установлен между теплопроводом и теплорассеивателем с образованием насосной системы для подвода воздуха к горячим сторонам термомодуля, а холодный радиатор установлен между холодопроводом и холодорассеивателем с образованием насосной системы для подвода воздуха к холодным сторонам термомодуля, причем вентиляторы теплосброса и теплопоглощения установлены соответственно над дисковыми теплорассеивателем и под холодорассеивателем.
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 признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники, поскольку из известного уровня техники не выявлено влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характерных отличительными от прототипа существенными признаками, направленными на достижение заявляемого технического результата.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в промышленности.
Для лучшего понимания сущности заявляемого изобретения можно обращаться к следующим подробностям конструкции, поясняемой соответствующими чертежами, а именно:
- фиг.1 - общий вид (аксонометрическое изображение) термоэлектрического воздухоохладителя (стрелками обозначено движение воздуха);
- фиг.2 - разрез термоэлектрического воздухоохладителя по центральной геометрической оси;
- фиг.3 - цилиндрическая поверхность радиаторов;
- фиг.4 - установка термоэлектрического воздухоохладителя
Термоэлектрический воздухоохладитель содержит (см. фиг.1-4) термомодули 1, каждый из которых имеет горячую 2 и холодную 3 стороны, теплопровод 4 и холодопровод 5, установленные поверх термомодулей 1 для теплового контакта с соответствующей стороной термомодуля, горячий 6 и холодный 7 радиаторы, вентиляторы теплосброса 8 и теплопоглощения 9.
Кроме того, воздухоохладитель снабжен дисковыми терморассеивателем 10 и холодорассеивателем 11 (см. фиг.1, 2, 4), каждый из которых выполнен в форме плоской дискообразной шайбы. Плоская диско-образная шайба установлена поверх ребер горячего 6 и холодного 7 радиаторов сверху и снизу.
Горячий 6 и холодный 7 радиаторы выполнены в виде цилиндрических поверхностей, образованные лентой из зауженных к центру П-образных ребер 12, 13 в виде полых центральных коллекторных каналов 14, 15. Полые центральные коллекторные каналы 14, 15 образуют насосные системы с сообщающимися с ними сужающимися к центру трехгранными радиальными каналами 16, 17 (см. фиг.1-3).
При этом внутренние поверхности коллекторных каналов 14, 15 имеют вид ячеистой структуры, образованной узкими торцами трехгранных радиальных каналов 16, 17. Каждый радиальный канал 16, 17 имеет форму полого трехгранного усеченного конуса, широким основанием обращенного к внешней среде (см. фиг.3).
Горячий 6 радиатор установлен между теплопроводом 4 и теплорассеивателем 10 с образованием насосной системы для подвода воздуха к горячим 2 сторонам термомодуля 1 (см. фиг.1-3).
Холодный 7 радиатор установлен между холодопроводом 5 и холодорассеивателем 11 с образованием насосной системы для подвода воздуха к холодным 3 сторонам термомодуля 1 (см. фиг.1-3).
Вентиляторы теплосброса 8 и теплопоглощения 9 установлены соответственно над дисковыми теплорассеивателем 10 и под холодорассеивателем 11 (см. фиг.1, 2, 4).
Термоэлектрический воздухоохладитель работает следующим образом (см. фиг.1-4).
Принцип работы воздухоохладителя основан на использовании эффекта Пельтье, когда при пропускании постоянного тока через контакты двух разнородных веществ (металлов, полупроводников), из которых состоит термомодуль, на одном из контактов происходит охлаждение (поглощение тепла), а на другом - выделение тепла.
Воздухоохладитель устанавливают (см. фиг.4) в стенке термоизолированной камеры 18. Затем включением тумблера «Сеть» (на фиг. не показан) подают напряжение к термомодулям 1 и вентиляторам теплосброса 8 и теплопоглощения 9. С этого момента начинается процесс охлаждения.
Холодные 3 стороны термомодулей 1 охлаждают воздух в объеме над вентилятором теплопоглощения 9 в термоизолированной камере 18.
За счет естественной конвекции, теплый воздух, нагретый от приборов, по сужающимся к центру трехгранным радиальным каналам 17 устремляется в полый центральный коллекторный канал 15, где воздух охлаждается холодными 3 сторонами термомодулей 1.
Создаются направления теплого воздуха через сужающиеся к центру трехгранные радиальные каналы 17 внутрь устройства и холодного воздуха из полого центрального коллекторного канала 15 в камеру 18 шкафа через отверстие, над которым установлен вентилятор теплопоглощения 9. Это направление охлажденного воздуха усиливается вентилятором теплопоглощения 9. Так охлаждается воздух во внутреннем объеме термоизолированной камеры 18, где находятся излучающие тепло приборы.
Одновременно с процессом охлаждения воздуха в камере 18 происходит процесс нагрева воздуха вне камеры 18.
Воздух в полом центральном коллекторном канале 14 под вентилятором теплосброса 8 нагревается горячими 2 сторонами термомодулей. В силу естественной конвекции, вызванной неоднородностью среды (градиент температуры) более холодный воздух внешней среды устремляется по сужающимся к центру трехгранными каналами 16 внутрь полого центрального канала 14, откуда теплый воздух устремляется наружу. Такое направление теплого воздуха усиливается действием вентилятора теплосброса 8. При этом воздух по сужающимся к центру трехгранным каналам 16 направляется к горячим 2 сторонам термомодулей 1, нагревается и удаляется наружу вентилятором теплосброса 8.
Благодаря оптимальной форме конструкции воздухоохладителя и отсутствию корпуса, обеспечивается более эффективное охлаждение термоизолированного объема.
Из вышесказанного очевидны следующие преимущества предлагаемого термоэлектрического воздухоохладителя.
- конструкция отличается компактностью, повышенной прочностью и низкой стоимостью;
- конструкция отличается использованием экологически чистого источника холода и отсутствием химически активных или находящихся под высоким давлением хладагентов;
- конструкция отличается возможностью эксплуатации в широком диапазоне климатических условий;
- повышена надежность воздухоохладителя при эксплуатации;
- улучшены технические характеристики.
Источники информации, используемые в описании изобретения:
3
00
1. Термоэлектрический кондиционер для транспортного средства. Патент РФ №2165363, М. кл. В 60 Н /, 20.04.2001
3
00
2. Термоэлектрический кондиционер. Патент РФ №2029687, М. кл. В 60 Н /, 27.02.1995 (ПРОТОТИП).