ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОХЛАДИТЕЛЬ ВОЗДУХА Российский патент 2010 года по МПК F24F5/00 F25B21/02 B60H3/00 

Изобретение относится к технике кондиционирования и может быть использовано на транспортных средствах (кабины, салоны, изотермические фургоны), в электротехнике (термостатирование электрических систем управления, телекоммуникации и связи) и в быту для создания комфортных условий жизнедеятельности людей.

Известен термоэлектрический охладитель воздуха, наиболее близкий по технической сущности, взятый в качестве прототипа, содержащий продуваемые вентиляторами горячий и холодный отсеки, разделенные теплоизолирующей перегородкой, в отверстии которой установлена термоэлектрическая батарея с холодной и горячей контактными пластинами со смонтированными на них теплообменниками (патент RU №2115566, МПК B60H 003/00, F25B 021/02).

Существенным недостатком этого термоэлектрического охладителя является относительно низкий коэффициент полезного действия. Так, по данным производителя термоэлектрических модулей «КРИОТЕРМ» (Термоэлектрические Модули и Охлаждающие Системы, «КРИОТЕРМ», Санкт-Петербург, 2005 г.), отношение холодильной мощности к потребляемой электрической мощности охлаждающих модулей не превышает 0,7, причем эти данные получены при идеальной тепловой изоляции между горячей и холодной пластинами модуля, то есть при работе модуля в вакууме. На практике в известных термоэлектрических охладителях для уменьшения теплопередачи термоэлектрическую батарею размещают в отверстии теплоизолирующей разделительной перегородки, которая по конструкции и площади соответствует пластинам батареи. Такое исполнение охладителя не позволяет в полной мере реализовать холодильную способность термоэлектрической батареи даже при использовании наиболее совершенных теплоотводов с горячей пластины, а именно контактных площадок с тепловыми трубками.

Решаемой технической задачей является создание термоэлектрического охладителя воздуха с повышенной холодопроизводительностью термоэлектрической батареи.

Эта задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: термоэлектрический охладитель воздуха, содержащий продуваемые вентиляторами горячий и холодный отсеки, разделенные теплоизолирующей перегородкой, в отверстии которой установлена термоэлектрическая батарея с холодной и горячей контактными пластинами со смонтированными на них теплообменниками, с использованием в качестве теплообменника горячего отсека контактной площадки с тепловыми трубками, и отличительных от прототипа новых существенных признаков: отверстие в разделительной теплоизолирующей перегородке, расположенное на входе воздушного потока, охлаждающего тепловые трубки, выполнено таким образом, что его площадь превышает площадь контактной поверхности горячей пластины термоэлектрической батареи на 5-15%, а площадь контактной поверхности радиатора холодного отсека превышает площадь отверстия разделительной теплоизолирующей перегородки.

На чертеже представлено условное изображение части термоэлектрического охладителя воздуха с необходимыми элементами, совокупность которых обеспечивает положительный эффект. В теплоизолирующей перегородке 1, разделяющей холодный и горячий отсеки устройства, выполнено отверстие 2, в котором установлена термоэлектрическая батарея 3, холодная пластина которой контактирует с радиатором 4, обдуваемым вентилятором 5, а горячая пластина - с контактной испарительной площадкой 6 тепловых трубок 7, конденсатор 8 которых обдувается вентилятором 9, элементы охлаждения горячей пластины термоэлектрической батареи заключены в кожух 10, формирующий вход охлаждающего воздушного потока в непосредственной близости к отверстию 2 в разделительной перегородке 1.

Устройство работает следующим образом. Несмотря на увеличенные размеры установочного отверстия 2 в теплоизолирующей перегородке 1 тепловое разделение между горячим и холодным отсеками не нарушается, так как это отверстие полностью перекрывается поверхностью радиатора 4, контактирующей с холодной пластиной батареи 3, а прохождение теплового потока с горячей пластины батареи 3 на холодную пластину блокируется потоком воздуха, создаваемым вентилятором 9 для обдува контактной площадки 6, тепловых трубок 7 и конденсатора 8. Незначительная добавка в этот поток порции воздуха с поверхности холодного радиатора приводит в разомкнутой тепловой системе спаев термоэлектрической батареи к появлению своеобразной положительной обратной связи по тепловому потоку, а, как известно, положительная обратная связь в любой замкнутой системе (электрической, гидравлической, тепловой и т.п.) приводит к повышению коэффициента передачи этой системы.

В результате при оптимальном соотношении площадей отверстия 2 и контактной пластины термоэлектрической батареи 3 удается существенно (на 5-10°C) снизить температуру холодного радиатора при работе охладителя в установившемся режиме. При соотношении площадей отверстия 2 и контактной пластины термоэлектрической батареи 3 менее 5% уменьшается коэффициент положительной обратной связи, а при соотношении - 15% увеличивается уводимый в горячий отсек поток охлажденного воздуха. Эмпирический расчет оптимального соотношения затруднителен, так как он определяется множеством факторов: материалом и размерами теплообменников, тепловыми потерями между горячим и холодным отсеками, производительностью используемых вентиляторов и т.д. Однако это соотношение относительно просто определяется экспериментальным путем на опытном образце охладителя путем перекрытия отверстия полосками, выполненными из того же материала, что и разделительная перегородка.

Проведенные испытания показали осуществимость заявленного термоэлектрического охладителя воздуха, подтвердили его преимущество и практическую ценность.

Изобретение относится к технике кондиционирования и может быть использовано на транспортных средствах (кабины, салоны, изотермические фургоны), в электротехнике (термостатирование электрических систем управления, телекоммуникации и связи) и в быту для создания комфортных условий жизнедеятельности людей. Отверстие в разделительной теплоизолирующей перегородке, расположенное на входе воздушного потока, охлаждающего тепловые трубки, выполнено таким образом, что его площадь превышает площадь контактной поверхности горячей пластины термоэлектрической батареи на 5-15%, а площадь контактной поверхности радиатора холодного отсека превышает площадь отверстия разделительной теплоизолирующей перегородки. Технический результат - повышение холодопроизводительности. 1 ил.

Термоэлектрический охладитель воздуха, содержащий продуваемые вентиляторами горячий и холодный отсеки, разделенные теплоизолирующей перегородкой, в отверстии которой установлена термоэлектрическая батарея с холодной и горячей контактными пластинами со смонтированными на них теплообменниками, с использованием в качестве теплообменника горячего отсека контактной площадки с тепловыми трубками, отличающийся тем, что отверстие в разделительной теплоизолирующей перегородке, расположенное на входе воздушного потока, охлаждающего тепловые трубки, выполнено таким образом, что его площадь превышает площадь контактной поверхности горячей пластины термоэлектрической батареи на 5-15%, а площадь контактной поверхности радиатора холодного отсека превышает площадь отверстия разделительной теплоизолирующей перегородки.