ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В АВТОМОБИЛЕ Российский патент 1999 года по МПК F25B21/02 

Изобретение относится к охлаждающим и нагревающим устройствам, работа которых основана на эффекте Пельтье и используется в автотранспорте в качестве кондиционера воздуха.

Известно термоэлектрическое устройство для кондиционирования воздуха, содержащее унифицированную термоэлектрическую батарею, присоединенную к кондиционеру (см. Николаев Ю.Д., Пешель В.И. Транспортные воздухоохладители с унифицированной батареей. - "Холодильная техника", 1971, N 5, с. 16).

Недостаток данного устройства заключается в том, что в режиме отопления термоэлектрическая батарея работает неэффективно, вырабатывая невысокую тепловую энергию, при этом потребляет значительную электрическую мощность от генераторной установки.

Известно также термоэлектрическое устройство для кондиционирования воздуха в автомобиле, содержащее кондиционер с заслонкой и генератор с автономными термоэлектрическими батареями, полупроводниковые ветки которых соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам, и переключатель полярности, подсоединенный к кондиционеру (см. патент США N 3817043, кл. 62-3, опубл. 1979).

Недостатком известного устройства является неэффективная работа термоэлектрической батареи из-за малой поверхности теплоотдачи теплообменника генератора.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является термоэлектрическое устройство для создания микроклимата в автомобиле, включающее генератор с автономными термоэлектрическими батареями, полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам, водяной контур с системой переключения направления движения воды, соединенный с теплообменниками, и переключатель полярности (см. авт. св. СССР N 1010413, кл. F 25 B 21/02, F 24 F 3/08, 1983), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство содержит две термоэлектрические батареи, одна из которых расположена в кондиционере и служит для преобразования электрической энергии в тепловую, а другая расположена в генераторе, преобразующем тепловую энергию выхлопных газов в электрическую. Это устройство работает малоэффективно из-за низкого коэффициента полезного действия при работе термоэлектрической батареи в режиме преобразования тепловой энергии в электрическую.

Кроме того, отвод тепла от термоэлектрической батареи кондиционера производится водяным теплообменником, расположенным непосредственно в канале кондиционера (через который поступает в автомобиль охлаждаемый воздух), что ведет к неизбежному и неконтролируемому перетоку тепла в охлаждаемый воздух.

Заявляемое изобретение направлено на создание в автомобиле необходимого микроклимата при более эффективной работе термоэлектрических батарей с максимальным использованием штатной системы отопления и вентиляции автомобиля.

Технический результат - повышение эффективности работы термоэлектрических батарей, устранение потерь тепловой энергии, исключение установки кондиционера, как дополнительного устройства, в салоне автомобиля, использование системы отопления и вентиляции салона автомобиля при минимальном изменении ее конструкции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном термоэлектрическом устройстве для создания микроклимата в автомобиле, включающем блок автономных термоэлектрических батарей, полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам, жидкостный контур, объединяющий теплообменники и снабженный системой переключения направления движения жидкости, особенность заключается в том, что оно снабжено электрическим генератором питания и электронным блоком управления и индикации, блок автономных термоэлектрических батарей содержит две термобатареи, расположенные между тремя теплообменниками, при этом холодные спаи термобатарей направлены внутрь навстречу друг другу, а горячие спаи - наружу, и жидкостный контур снабжен радиатором и подключен к системе обогрева и вентиляции салона автомобиля.

При исследовании отличительных признаков описываемого термоэлектрического устройства не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся термоэлектрических устройство для создания микроклимата в автомобиле, позволяющих повысить эффективность микроклимата в автомобиле, позволяющих повысить эффективность работы термобатарей, устранить потери тепловой энергии и исключить установку кондиционера, как дополнительного устройства, в салоне автомобиля и использовать систему отопления и вентиляции салона автомобиля при минимальном изменении ее конструкции.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое термоэлектрическое устройство отличается от известного тем, что оно снабжено электрическим генератором питания и электронным блоком управления и индикации, блок автономных термоэлектрических батарей содержит две термобатареи, расположенные между тремя теплообменниками. При этом холодные спаи термобатарей направлены внутрь навстречу друг другу, а горячие спаи - наружу, и жидкостный контур снабжен радиатором и подключен к системе обогрева и вентиляции салона автомобиля.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На чертеже схематично изображено заявленное устройство.

Термоэлектрическое устройство для создания микроклимата в автомобиле содержит блок 1 с автономными термоэлектрическими батареями 2 и 3, полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены холодными спаями 4 и 5, направленными внутрь навстречу друг другу и присоединенными к теплообменнику 6, и горячими спаями 7 и 8, обращенными наружу и присоединенными к теплообменникам 9 и 10.

Жидкостный контур 11 объединяет теплообменники 6, 9 и 10, включают в себя радиатор 12 для отвода тепловой энергии в окружающую среду, жидкостные насосы подачи теплоносителя 13 и 14, расширительные бачки 15 и 16 для компенсации теплового расширения теплоносителя, а также систему переключения направления движения жидкости с электромагнитными нормально открытыми клапанами 17, 18, нормально закрытыми клапанами 19, 20, обратным клапаном 21, и связан с системой охлаждения двигателя, поэтому в качестве теплоносителя используется охлаждающая жидкость двигателя автомобиля. Жидкостный контур 11 соединен с системой обогрева и вентиляции салона 22, состоящей из радиатора 23 и вентилятора 24.

Устройство содержит также автономный электрический генератор питания 25 и электронный блок управления и индикации 26 с переключателем режимов работы 27 и регулятором производительности устройства 28.

Термоэлектрическое устройство работает в двух режимах: охлаждения или нагрева поступающего в автомобиль воздуха, причем в режиме нагрева оно работает до полного прогрева двигателя автомобиля, затем система отопления автомобиля работает в режиме, предусмотренном конструкцией автомобиля.

Режим охлаждения салона автомобиля. Переключатель режимов работы 27 установлен в положение "Охлаждение", автономный электрический генератор питания 25 вырабатывает электрический ток, электромагнитные клапаны 17, 18, 19 закрыты, а электромагнитный клапан 20 и обратный клапан 21 открыты, при этом через термоэлектрические батареи 2 и 3 протекает электрический ток в направлении, обеспечивающем поглощение тепловой энергии в местах контакта спаев 4, 5 с теплообменником 6, а в местах контакта спаев 7 и 8 с теплообменниками 9 и 10 - ее выделение. Теплоноситель, циркуляцию которого обеспечивает электрический насос 14, проходя через радиатор 23, поглощает тепловую энергию из воздуха, поступающего через систему вентиляции 22 при движении автомобиля или с помощью вентилятора 24. Тепловая энергия, перенесенная термоэлектрическими батареями от теплообменника 6 к теплообменникам 9 и 10 жидкостного контура 11, поглощается потоком теплоносителя, циркуляцию которого обеспечивает электрический насос 13, а затем рассеивается в окружающую среду с помощью радиатора 12, обдуваемого воздушным потоком при движении автомобиля.

Режим нагрева салона автомобиля. Термоэлектрическое устройство позволяет также наиболее эффективно нагревать воздух, поступающий в автомобиль в период прогрева двигателя автомобиля до рабочей температуры. В этом режиме переключатель режимов работы 27 установлен в положение "Нагрев", при этом электромагнитные клапаны 17, 18 и обратный клапан 21 закрыты, электромагнитные клапаны 19, 20 открыты, а через термоэлектрические батареи 2 и 3 протекает электрический ток в направлении, обеспечивающем поглощение тепловой энергии в местах контакта спаев 7 и 8 с теплообменниками 9 и 10, а в местах контакта спаев 4 и 5 с теплообменником 6 - ее выделение, и в соответствии с эффектом Пельтье в значительно большем количестве. Теплоноситель в жидкостном контуре 11, циркуляцию которого обеспечивает электрический насос 14, проходя через теплообменник 6, поглощает тепловую энергию и переносит ее в радиатор 23, где она рассеивается в воздухе, поступающем в автомобиль через систему отопления и вентиляции 22 при движении автомобиля или с помощью вентилятора 24. Циркуляцию теплоносителя в теплообменниках 9 и 10 обеспечивает насос системы охлаждения двигателя автомобиля ( на чертеже не показан), осуществляя тем самым перенос тепловой энергии двигателя автомобиля от блока цилиндров к теплообменникам 9, 10. Электрический насос 13 и радиатор 12 в этом случае не функционируют. Тепловая энергия от теплообменника 6 поглощается потоком циркулирующего теплоносителя и с помощью радиатора 23 рассеивается в воздух, поступающий в автомобиль через систему отопления и вентиляции 22 при движении автомобиля или с помощью вентилятора 24.

При достижении двигателем автомобиля рабочей температуры термоэлектрическое устройство отключается, электромагнитные клапаны приходят в исходное положение : 17, 18 открываются, 19, 20 закрываются, и дальнейший нагрев воздуха, поступающего в автомобиль, происходит по схеме, предусмотренной конструкцией автомобиля горячей охлаждающей жидкостью, циркулирующей через радиатор 23 системы отопления 22.

Таким образом, преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить эффективность работы термоэлектрических батарей, устранить потери тепловой энергии, исключить установку кондиционера, как дополнительного устройства, в салоне автомобиля при минимальном изменении ее конструкции, благодаря снабжению термоэлектрического устройства электрическим генератором питания и электронным блоком управления и индикации, выполнению блока автономных термоэлектрических батарей из двух термобатарей и расположению их между тремя теплообменниками так, что холодные спаи термобатарей направлены внутрь навстречу друг другу, а горячие спаи - наружу, а также подключению жидкостного контура к системе обогрева и вентиляции салона автомобиля и снабжению его радиатором.

Предложенное устройство может найти применение в автотранспорте в качестве кондиционера воздуха.

Две термобатареи расположены между тремя теплообменниками. Холодные спаи термобатарей направлены внутрь навстречу друг другу, а горячие спаи - наружу. Теплообменники объединены жидкостным контуром, имеющим радиатор и подключенным к системе обогрева и вентиляции салона автомобиля. Устройство работает в двух режимах: охлаждения и нагрева воздуха, поступающего в салон. Использование изобретения позволит повысить эффективность работы термоэлектрических батарей, устранить потери тепловой энергии и исключить установку кондиционера как дополнительного устройства в салоне автомобиля. 1 ил.

Термоэлектрическое устройство для создания микроклимата в автомобиле, включающее блок автономных термоэлектрических батарей, полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам, жидкостный контур, объединяющий теплообменники и снабженный системой переключения направления движения жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено электрическим генератором питания и электронным блоком управления и индикации, блок автономных термоэлектрических батарей содержит две термобатареи, расположенные между тремя теплообменниками, при этом холодные спаи термобатарей направлены внутрь навстречу друг другу, а горячие спаи - наружу и жидкостный контур снабжен радиатором и подключен к системе обогрева и вентиляции салона автомобиля.