МАЛОГАБАРИТНЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДИЦИОНЕР Российский патент 2014 года по МПК B60H1/00 

Описание патента на изобретение RU2529045C2

Известны термоэлектрические устройства-кондиционеры системы воздух-воздух (патент №2397074 от 20.08.2010 г.), в которых охлаждение и сброс тепла осуществляется с помощью воздушных потоков, обдувающих расположенные последовательно радиаторы (секции радиаторов) кондиционирующего и технологического (сбрасывающего тепло) контуров. При этом движение охлаждаемого и охлаждающего воздуха осуществляется в противотоке. Подобная схема движения воздушных потоков имеет такие недостатки, как большой длины каналы кондиционирующего контура, необходимые для набора разности температур воздуха, а также потери тепла, связанные с последовательным прохождением воздуха радиаторов (или секций радиаторов) технологического контура, при котором на каждую последующую секцию приходит воздушный поток с уже накопленным теплом от предыдущих секций. При этом накопленное тепло (в виде суммы ДТ горячего воздуха с каждого радиатора) соизмеримо с разностью температур в кондиционирующем контуре, благодаря чему охлаждение тепловыделяющих площадок модулей осуществляется не полностью. Такая схема последовательного обдува горячих радиаторов в технологическом контуре приводит к снижению разности температур в кондиционирующем контуре, следовательно, к снижению холодопроизводительности кондиционера.

Устранение таких недостатков является значительным резервом для улучшения характеристик охлаждающего устройства в целом.

Известны также термоэлектрические устройства со съемом тепла с помощью воды или другой охлаждающей жидкости (Коленко Е.А. «Термоэлектрические охлаждающие устройства», Ленинград, Наука, 1967 г.), в которых охлаждающая жидкость благодаря своим физическим свойствам позволяет снять значительное количество тепла и минимизировать разброс температуры в технологическом контуре, приближая температуру тепловыделяющих площадок модулей к температуре охлаждающей жидкости. Однако охлаждение с помощью жидкости значительно усложняет конструкцию кондиционера и увеличивает его габариты (из-за радиатора) либо из-за привязки к водной магистрали, ограничивая его использование. Более того, для набора разности температур в кондиционирующем контуре остается необходимым смывание воздушным потоком большого количества радиаторов, что приводит к увеличению габаритов кондиционера и к увеличению тепловых потерь.

Предлагаемая конструкция термоэлектрического кондиционера позволяет устранить указанные недостатки. Это устройство отличается тем, что радиаторы кондиционирующего контура поделены с помощью изолирующих стенок на два или более сегментов (являющихся коридорами для движения воздушных потоков), которые соединены между собой последовательно.

При неоднократном прохождении воздушным потоком холодных радиаторов кондиционирующего контура производится набор разности температуры. Число сегментов, а следовательно и разность температур воздушного потока определяется заданной величиной его охлаждения и ограничивается только температурой основания холодных радиаторов.

В технологическом контуре движение охлаждающего воздуха осуществляется по каналам (коридорам), соответствующим сегментам кондиционирующего контура, но в отличие от него соединенных параллельно. При таком движении воздушного потока в технологическом контуре набор и передача тепла на последующие секции ограничена, а все каналы в горячем радиаторе на начальном этапе обладают одинаковыми стартовыми условиями. Это позволяет снизить температуру горячих теплообменных площадок модулей, а следовательно и их холодных теплообменных площадок, что увеличивает степень охлаждения воздуха в кондиционирующем контуре и холодопроизводительность кондиционера в целом. Более того, незначительная длина каналов технологического контура благодаря снижению сопротивления воздушному потоку позволяет использовать вентиляторы с меньшим напором, меньшей мощностью и меньшим расходом энергии. Это позволяет повысить холодильный коэффициент кондиционера K=Qo/Wобщ (отношение холодопроизводительности к общей затрате электроэнергии). Поскольку в этом случае воздушные потоки движутся в одном направлеии только на начальном этапе охлаждения, а на конечном этапе - в противоположном, это позволяет большую часть накопленного тепла вывести сразу наружу и не «тащить» его в наиболее холодную зону, что позволяет получить дополнительное охлаждение ближе к выходу и не «тащить» его через весь сегмент, растеряв часть этой добавки по тракту. Поменяв направление движения воздушного потока в технологическом контуре на противоположное, подобная добавка возможна и в случае трехкратного прохождения воздушным потоком холодных радиаторов.

На рис.1 представлено схематическое изображение кондиционера с двукратным прохождением воздушным потоком холодных радиаторов; на рис.2 - схема движения воздушного потока в технологическом контуре; на рис.3 - схема движения воздушного потока в кондиционирующем контуре с двукратным прохождением холодных радиаторов. На этих рисунках поз.1 - секции горячих радиаторов (каждая секция имеет общее основание горячих радиаторов, на котором размещены термоэлектрические модули); поз.2 - холодные радиаторы (сегменты) кондиционирующего контура; поз.3 -изолирующая стенка, делящая холодные радиаторы на сегменты; поз.4 - вентиляторы кондиционирующего контура; поз.5 - вентиляторы технологического контура, сбрасывающего тепло.

Для достижения двукратного (и более) прохождения воздушным потоком холодных радиаторов его сегменты соединены между собой с помощью воздуховодов поз.6, представляющих собой дугообразные отражатели, позволяющие разворачивать воздушный поток на 180°. Величина воздуховода выбирается такой, чтобы его живое сечение во всех точках было бы не меньшим, чем живое сечение сегмента, что необходимо для исключения дополнительного гидравлического сопротивления.

Сами развороты воздушного потока вносят незначительный вклад в общее сопротивление контура, поскольку оно определяется в основном длинами каналов и расстоянием между соседними ребрами радиатора.

Кондиционер работает следующим образом. При пропускании электрического тока через модули на холодных теплопоглощающих площадках модулей холод снимается с помощью радиаторов (поз.2) воздушным потоком, создаваемым вентиляторами (поз.4) и после, по крайней мере, двукратного прохождения радиаторов (поз.2) выходит через окно (поз.7) в выходной патрубок (не показан), а выделяющееся тепло на горячих тепловыделяющих площадках модулей снимается с помощью горячих радиаторов (поз.1) технологического контура воздушным потоком, создаваемым вентиляторами (поз.5).

Из-за значительной глубины охлаждения воздушного потока возрастают потери за счет конвекции, конденсации влаги и излучения. С целью исключения таких потерь коридоры сегментов кондиционирующего контура со стороны изолирующих стенок, а также со стороны кожуха и отражателя изолированы (в соответствии с видом тепловых потерь) многослойным теплоизоляционным материалом, а также фольгой, служащей для исключения потерь на излучение и потерь за счет конденсации влаги. С помощью регулирующего устройства путем изменения скорости вращения вентиляторов кондиционирующего контура предусмотрено изменение расхода воздуха, а также температуры на выходе кондиционера в широких пределах. Уменьшение расхода воздуха в кондиционирующем контуре приводит к уменьшению отбора холода с холодных теплопоглощающих площадок модулей и снижению их температуры, а следовательно к увеличению глубины охлаждения воздуха.

По этой схеме разработан малогабаритный термоэлектрический кондиционер, предназначенный для создания оптимальных климатических условий в кабинах лифтов, трамваев и троллейбусов, подъемных кранов и т.д. с двукратным прохождением воздушным потоком холодных радиаторов, на которых при испытаниях получена разность температур (между входом и выходом) ∆T~9,5°C при расходе воздуха V~220 м3/ч, холодопроизводительностью Q~650 BT и холодильном коэффициенте K=Qo/Wобщее, близком к единице.

Подобная схема движения воздушных потоков позволила уменьшить вес и габариты кондиционера по сравнению с традиционной компоновкой в ~1,5 раза.

Похожие патенты RU2529045C2

название год авторы номер документа
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДИЦИОНЕР 2008
  • Авилов Виктор Захарович
  • Осипов-Ивановский Павел Фёдорович
  • Сгибнев Игорь Владимирович
  • Ханин Евгений Владимирович
  • Грибова Татьяна Ивановна
  • Копылов Александр Павлович
RU2397074C2
СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПАССАЖИРСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА 1998
  • Выгузов А.А.
  • Колп А.Я.
  • Матвеев Н.В.
  • Мощенко В.И.
  • Назарцев А.А.
  • Новиков А.В.
  • Плис О.И.
  • Потапов А.П.
  • Стругов А.М.
RU2169090C2
УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА ВОЗДУХА 2005
  • Прилепо Юрий Петрович
  • Прилепо Егор Юрьевич
RU2290575C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА ВОЗДУХА В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ 1997
  • Колп А.Я.
  • Мощенко В.И.
  • Небылицин П.П.
  • Нечипуренко А.В.
  • Новиков А.В.
  • Стругов А.М.
RU2140365C1
СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ДИАПАЗОНА РАБОТЫ КОМПРЕССИОННОГО ХОЛОДИЛЬНИКА 2011
  • Сальников Владимир Григорьевич
  • Сальников Александр Владимирович
  • Погребняков Сергей Борисович
RU2472077C1
Термоэлектрический кондиционер 2021
  • Тереков Анатолий Яковлевич
  • Терекова Валерия Сергеевна
RU2782332C1
ДВУХКАМЕРНЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕРМОСТАТ 2010
  • Авилов Виктор Захарович
  • Зайцев Олег Борисович
  • Копылов Александр Павлович
  • Сгибнев Игорь Владимирович
  • Ханин Евгений Владимирович
RU2441703C1
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЯ 1994
  • Аленков В.В.
  • Гриценко А.Б.
  • Рудяга А.В.
  • Серебряный Г.Л.
RU2094712C1
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДИЦИОНЕР 2007
  • Гармаш Юрий Владимирович
  • Пономарева Ирина Ивановна
RU2336184C1
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОХЛАДИТЕЛЬ ВОЗДУХА 2009
  • Сальников Александр Владимирович
  • Сальников Владимир Григорьевич
  • Ботов Валерий Петрович
  • Ботова Надежда Валерьевна
RU2407954C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 529 045 C2

Реферат патента 2014 года МАЛОГАБАРИТНЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДИЦИОНЕР

Изобретение относится к устройствам для кондиционирования воздуха. Термоэлектрический кондиционер содержит термоэлектрические модули, холодные и горячие радиаторы. Холодные радиаторы разделены теплоизолирующими стенками на сегменты, которые соединены последовательно. Каналы для воздушных потоков в технологическом контуре соединены между собой параллельно. Достигается получение низких температур на выходе по сравнению с традиционной схемой движения воздушных потоков, снижение веса и габаритов кондиционера. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 529 045 C2

1. Термоэлектрический кондиционер, содержащий полупроводниковые термоэлектрические модули, холодные и горячие радиаторы кондиционирующего и технологического контуров, обдуваемые воздушными потоками и контактирующие с тепловыделяемыми и теплопоглощаемыми площадками модулей, отличающийся тем, что холодные радиаторы кондиционирующего контура с помощью теплоизолирующих стенок разделены, по крайней мере, на два сегмента, которые являются коридорами для воздушных потоков, причем эти сегменты соединены между собой последовательно, а коридоры (каналы) для воздушных потоков в технологическом контуре расположены и соединены между собой параллельно.

2. Термоэлектрический кондиционер по п.1, отличающийся тем, что конец предыдущего сегмента кондиционирующего контура соединен с началом последующего с помощью воздуховода в виде дугообразного отражателя, обеспечивающего разворот воздушного потока на 180°C.

3. Термоэлектрический кондиционер по п.1, отличающийся тем, что на конечном этапе движение воздушного потока в кондиционирующем контуре осуществляется в противоположном направлении по сравнению с воздушным потоком технологического контура.

4. Термоэлектрический кондиционер по п.1, отличающийся тем, что регулирование перепада температур в кондиционирующем контуре осуществляется в широких пределах путем изменения скорости вращения вентиляторов.

5. Термоэлектрический кондиционер по п.1, отличающийся тем, что изолирующие стенки сегментов содержат многослойные теплоизолирующие покрытия.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2529045C2

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДИЦИОНЕР 2008
  • Авилов Виктор Захарович
  • Осипов-Ивановский Павел Фёдорович
  • Сгибнев Игорь Владимирович
  • Ханин Евгений Владимирович
  • Грибова Татьяна Ивановна
  • Копылов Александр Павлович
RU2397074C2
Кондиционер 1972
  • Михайлов Вячеслав Алексеевич
SU499149A1
US 5901572 A1, 11.05.1999

RU 2 529 045 C2

Авторы

Зайцев Олег Борисович

Копылов Александр Павлович

Сгибнев Игорь Владимирович

Селиверова Маргарита Николаевна

Ханин Евгений Владимирович

Даты

2014-09-27Публикация

2012-11-21Подача