ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ БЛОК

Область техники
Полезная модель относится к холодильному оборудованию, а именно, к термоэлектрическим холодильным установкам и может быть использована, например, для охлаждения воздуха в продовольственных кладовых на судах в жестких условиях эксплуатации, а также в устройствах кондиционирования воздуха.
Принцип работы термоэлектрического блока (далее термоблок), состоящего из термоэлектрических модулей (далее термомодули), основан на эффекте Пельтье, При подаче на блок напряжения постоянного тока на спаях термоэлектрических модулей (охладителей) возникает разность температур, обусловливающая передачу тепла с низкого температурного уровня (воздух кладовых), на более высокий (охлаждающая вода).
Тепло из объема провизионной кладовой поглощается воздушными теплообменниками и вместе с теплом, эквивалентным потребляемой мощности термоэлектрических охладителей, передается на водяные теплообменники, где охлаждается проточной водой.
Одной из актуальных проблем на сегодняшний день является обеспечение эффективности охлаждения воздуха в помещениях ограниченного объема, например, продовольственных кладовых, на судах, работающих в жестких условиях эксплуатации.
Уровень техники
Известен холодильный термоэлектрический блок RU 2092753 F25B 21/02, опубликовано 10.10.1997. Блок содержит два и более термоохладителей, на горячих и холодных спаях которых установлен радиаторы. Пространство между радиаторами и полость между горячим и холодным спаями заполнены теплоизоляционным влагонепроницаемым материалом, радиатор горячих спаев выполнен в виде автономных секций, закрепленных только на одном термоэлектрическом модуле, при этом радиатор и вентилятор для его обдува размещены в кожухе, имеющем форму диффузора с сужением в сторону радиатора. Отверстия для входа и выхода воздуха выполнены на противоположных торцевых сторонах кожуха.
Известна термоэлектрическая система климат-контроля ограниченного объема воздуха RU 2482396, F25B 21/02, опубликовано 20.01.2013. Система содержит блок управления и термоэлектрический агрегат, содержащий основание с термоэлектрической батарей, установленной между стянутыми друг с другом наружным радиатором-теплообменником, прижатым к пластине термоэлектрической батареи и внутренним радиатором-теплообменником, прижатым к ее другой пластине. На радиаторах установлены вентиляторы постоянного тока.
Известна термоэлектрическая холодильная установка RU 2267720, F25B 21/02, опубликовано 10.01.2006. Она содержит охлаждаемую камеру и промежуточный циркуляционный контур теплоносителя, включающий внешний теплообменник с вентилятором и размещенный в охлаждаемой камере термоэлектрический холодильный агрегат с термоэлектрическими модулями охлаждения, включающими теплопоглощающие и тепловыделяющие спаи. В стенке охлаждаемой камеры установлена теплоотводная труба, выполненная в виде стакана. Внутри теплоотводной трубы установлена выходная труба. Термоэлектрические модули охлаждения тепловыделяющими спаями установлены на наружную поверхность теплоотводной трубы, а теплопоглащающие спаи размещены в охлаждаемой камере. Установка может быть использована в домашних холодильниках. Это техническое решение принято в качестве прототипа.
К недостаткам известного решения можно отнести низкую ремонтопригодность установки, так как при возникновении неисправностей в термоэлектрическом холодильном агрегате требуется демонтаж всего узла.
Известно, что надежность работы термоэлектрического блока с термоэлектрическими модулями определяется надежностью и эффективностью работы его основных узлов.
Для обеспечения непрерывной работы и исключения снижения холодопроизводительности термоблока должны быть предусмотрены условия быстрой замены вышедших из строя узлов и элементов (желательно без полной разборки термоблока).
Особенно актуальной эта задача становится при использовании термоблоков в особых жестких условиях эксплуатации, например, на судах, когда могут возникать нештатные ситуации, при которых требуется оперативная замена неисправных узлов и элементов.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании новой надежной конструкции термоблока, работающей в жестких условиях эксплуатации на судах.
Технический результат полезной модели заключается в повышении ремонтопригодности термоблока.
Раскрытие полезной модели
Поставленная задача решена следующим образом
Термоэлектрический блок содержит термоэлектрические модули, каждый из которых выполнен из воздушного и водяного теплообменников, с расположенными между ними термоэлектрическими охладителями, вентилятор циркуляции охлаждаемого воздуха и отличается тем, что упомянутый блок смонтирован на каркасе коробчатой формы, внутри которого сформированы воздуховоды, по крайней мере, с одним вентилятором, а на наружной поверхности каркаса установлены, не менее двух термоэлектрических модулей, радиаторы воздушных теплообменников которых расположены внутри воздуховодов. Каждый вентилятор установлен на конфузоре, который закреплен на каркасе, а конфузоры дополнительно соединены пластиной. На пластине установлена герметичная соединительная коробка, в которую через сальниковые вводы проведены кабели от каждого термоэлектрического модуля, датчика регулятора температуры, разъемов внешних электрических подключений, вентиляторов. Кроме того, термоэлектрические модули соединены друг с другом водяными трубопроводами параллельно-последовательно.
Кроме того, внизу каркаса расположен кожух, выполненный в виде воронки, для сбора и удаления конденсата
Кроме того, термоэлектрические модули установлены на резиновую прокладку из морозоустойчивой резины, а термоэлектрическими модулями и каркасом установлены электроизоляционные трубки.
Кроме того, на каркасе предусмотрены ручки для переноски и монтажа. Кроме того, датчик регулятора температуры воздуха в помещении установлен на кронштейне внизу корпуса при входе воздуха в воздуховоды.
Осуществление полезной модели
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками, На фиг.1 изображен вид термоблока спереди, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.3 - узел крепления термоэлектрического модуля к каркасу.
Термоблок состоит из сварного каркаса 1, с закрепленными на нем термоэлектрическими модулями 2.
В зависимости от холодопроизводительности термоблока, количество входящих в него термоэлектрических модулей может быть 2, 4 и более, и определяется возможностями примененных вентиляторов и массой блока. При увеличении количества термоэлектрических модулей повышаются требования к электровентиляторам, которые должны обеспечить необходимый расход воздуха в условиях роста аэродинамического сопротивления. При этом неизбежно возрастает мощность и шумность вентиляторов. Кроме того, каждая пара добавленных термоэлектрических модулей увеличивает массу термоблока примерно на 25-30 кг, что необходимо учитывать при использовании термоблока в ограниченных пространствах.
На фиг.1 приведена конструкция с четырьмя термоэлектрическими модулями, каждый из которых состоит из воздушного 3 и водяного 4 теплообменников с установленными между ними в тепловом контакте термоэлектрическими охладителями.
Термоэлектрические модули прикреплены к сварному, коробчатой формы, каркасу 1 посредством резьбовых шпилек 5 через резиновую прокладку 6. Между шпильками и каркасом установлены электроизоляционные втулки 7, а затяжка шпилек производится с помощью гаек из электроизоляционного материала, например, капролона. Такое крепление обеспечивает электроизоляцию термоэлектрического модуля от каркаса и повышает надежность электроизоляции цепей питания при эксплуатации термоблока в условиях повышенной влажности. При установке термоэлектрических дулей радиаторы охлаждаемого воздуха располагаются внутри коробчатых воздуховодов 8, являющихся элементами каркаса 1. Термоэлектрические модули соединены друг с другом электрическими кабелями и гибкими рукавами для подвода и отвода охлаждающей воды. Такая конструкция создает ряд преимуществ:
- исключена передача механических деформаций между отдельными термоэлектрическими модулями, как при сборке, так и при работе термоблока;
- уменьшено влияние термоэлектрических модулей друг на друга при отклонениях электрических, тепловых или гидравлических параметров одного из них;
- обеспечена относительная простота ремонта термоблока, так как он сводится к отсоединению неисправного термоэлектрического модуля от электрических цепей и гидравлического тракта, без полной разборки термоэлектрического модуля или термоблока с последующей заменой на исправный блок;
- обеспечено резервирование датчиков регулирования и защиты, поскольку датчики имеются в каждом термоэлектрическом модуле, притом, что нет необходимости задействовать все из них.
К сварному каркасу 1 прикреплены два сварных конфузора 9 с двумя вентиляторами 10 и сварной кожух 11. Каждый вентилятор обеспечивает прокачку воздуха через свой коробчатый воздуховод, в котором расположены радиаторы двух термоэлектрических модулей. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение охлаждаемого воздуха в условиях повышения аэродинамического сопротивления радиаторов из-за обмерзания ребер. Кроме того, за счет упорядочивания воздушного потока снижается уровень шума.
Вентиляторы 10 крепят к конфузорам 9 гайками с накаткой и подключают к электрической схеме термоэлектрического блока посредством разъемов, что позволяет при выходе из строя быстро заменить неисправный вентилятор.
Назначение сварного кожуха 11 - сбор и удаление за пределы термоблока конденсата, образующегося в процессе оттаивания. Форма кожуха разработана исходя из требований полноты сбора конденсата в условиях крена и качки на судах, при условии минимального аэродинамического сопротивления потоку охлаждаемого воздуха.
Для переноски и облегчения монтажа на каркасе 1 предусмотрены ручки 12
Материал всех конструктивных элементов - алюминиевый сплав. На уровне фланцев вентиляторов конфузоры с целью повышения общей жесткости дополнительно скреплены пластиной 13, на которой установлена соединительная коробка 14.
Рама каркаса 1 имеет фланец с отверстиями для прикрепления термоблока к стене холодильной камеры.
На кронштейне 15 закреплены два штепсельных разъема 16 для внешних электрических подключений термоблока. Один разъем содержит цепи датчиков регулирования и защиты, а второй предназначен для подключения термоэлектрических модулей и вентиляторов. Такое разделение призвано уменьшить уровень электрических помех в цепях датчика и упрощает выбор типа кабелей для внешних подключений.
Датчик регулятора температуры 17 воздуха в кладовой установлен на кронштейне при входе воздуха в термоблок. Такое расположение датчика позволяет по сравнению с вариантом расположения непосредственно на поверхности радиатора более точно отслеживать температуру воздуха в охлаждаемом объеме и не выдвигает дополнительных требований к охлаждаемому объему, поскольку не требует установки датчика непосредственно в объеме.
Кабели подключения защищены от механических повреждений и соприкосновения с потребителем планкой 18. Все соединения между термоэлектрическими модулями, разъемами для внешних подключений, вентиляторами и датчиками осуществляются с помощью герметичной соединительной коробки 14, в которую через сальниковые вводы подведены кабели от каждого термоэлектрического модуля, датчика регулятора температуры 17 и разъемов внешних электрических подключений. Коробка герметично закрывается крышкой с установленными на ней разъемами для подключения вентиляторов.
Охлаждающая вода поступает на термоблок через гибкие резиновые рукава 19, за счет чего обеспечено расширение возможностей взаимной компоновки термоблока и мест внешних подключений охлаждающей воды.
С помощью тройников 20, крестовины 21 и резиновых патрубков 22 термоэлектрические модули соединены по воде параллельно-последовательно, что позволяет при необходимости сливать воду из теплообменников.
Для спуска воды из термоблока и выпуска воздуха при заполнении его водой предназначены резьбовые пробки, соответственно 23 и 24, находящиеся на тройниках 20.
Уплотнение резиновых элементов трубопроводов с металлическими достигается посредством стальных хомутов 25 с винтовым поджимом, что упрощает необходимые отсоединения и подсоединения в гидравлическом тракте термоблока.
С целью предотвращения конденсации влаги на открытой поверхности каркаса 1 термоблока, термоэлектрические модули установлены на резиновую прокладку из морозостойкой резины
При включении термоблока напряжение поступает на термомодули в полярности, при которой воздушные теплообменники охлаждаются, а тепло отдается проточной воде. Воздух охлаждаемого помещения с помощью вентиляторов прогоняется через межреберные зазоры воздушных теплообменников и охлаждается.
В режиме оттаивания напряжение на термоэлектрические модули подается в обратной полярности. При этом воздушные теплообменники нагреваются до температуры, при которой снеговая «шуба» на ребристой поверхности тает и ребра очищаются. Талая вода удаляется из термоблока. По окончанию оттаивания термоблок вновь включается в режим охлаждения.