Термоэлектрическое устройство для создания микроклимата Советский патент 1983 года по МПК F25B21/02 F24F3/08 

Изобретение относится к охлаждающи или нагревающим устройствам, работа которых основа на эффекте Пельтье и может быть использовано на автотранспорте в качестве кондиционера воздуха.

Известны термоэлектрические устройства для кондиционирования воздуха, содержащие унифицированную термоэлектрическую батарею, присоединенную к кондиционеру

Недостаток данного устройства зак« лючается в том, что в режиме отопления, термоэлектрическая батарея работает неэффективно,, вследствие чего имеет место невысокая тепловая мощность.

Известно термоэлектрическое устройство для создания микроклимата в автомобиле, содержащее кондиционер с заслонкой и генератор с автономными термоэлектрическими батареями, полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам, и переключатель полярноети, имеющий подвижные и неподвижные контакты и подсоединенный к кондиционеру- 2.

Недостаток известного устройства заключается в малой поверхности тепло отдачи теплообменника генератора, а также в том, что в-режиме отопления генератором вырабатывается невысокая электрическая мощность.

Цель изобретения - повышение экономичности.

Цель достигается тем, что тер1лоэлектрическое устройство для создания микроклимата в автомобиле, содержаще кондиционер с заслонкой,генератор с автономными термоэлектрическими батареями; полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам, и переключатель полярности, имеющий подвижные и неподвижные контакты и подсоединенный к кондиционеру, содержит замкнутый водяной контур, расположенный между холодными спаями термобатареи генератора и горячими спаями тер.мобатареи кондиционера и снабженный перепускным регулятором с поворотным валом, термобатарея кондиционера снабжена дополнительным переключате яем электрического соединения ветвей с механизмом управления, установленным на заслонке кондиционера, при этом подвижные контакты переключателя полярности установлены на поворотном

валу перепускного-регулятора.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство для создания микроклимата; на, фиг. 2 - то же, вид в аксонометрии; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - переключатель электрического соединения ветвей на фиг. 5 - то же, в положении отключ чения от механизма управления заслонки кондиционера.

Термоэлектрическое устройство содержит кондиционер 1 с заслонкой 2, генератор 3, термоэлектрические батареи 4 и 5, полупроводниковые ветви которых соединены в модули и снабжены горячими спаями, присоединенными к теплообменникам 6 и 7 соответственно и холодными спаями, присоединенными к теплообменникам 8 и 9 соответственно, переключатель 10 полярности с подвижными контактами 11 и неподвижными контактами 12, подсоединенный к кондиционеру замкнутый водяной контур 13, снабженный перепускным регулятором 14 с поворотным валом 15, переключатель 16 электрического соединения ветвей, механизм 17 управления, установленный на заслонке 2.

Водяной контур 13 присоединен к магистралям 18 и 19, поворотный вал 15 соединен с двигателем 20 и имеет рукоятку 21, на которой смонтированы подвижные контакты 11 переключателя 10 полярности, имеквдего кнопку 22 и подключаемого к электрической сети 23 питания кондиционера 1; переключатель 16 имеет подвижные контакты 24, неподвижные контакты 25, шток 26, соединенный с вилкой 27 из электроизоляционного материала, пружину 28, опору 29, направляющие 30, генератор 3 присоединен к двигателю 31 с выхлопным патрубком 32 и отсеком 33, последний из которых сообщен с воздухйводом 34 и с салоном 35 автомобиля через кондиционер 1; перепускной регулятор 14 выполнен в виде цилиндра 36 с тремя отверстиями В, С, D, соединенного с поворотным валом 15; кондиционер 1 содержит вентилятор 37, заборное отверстие 38, коллектор 39 и патрубок 40 для отвода нагретого воздуха с шибером 41.

Устройство работает следующим образом.

Режим охлаждения. Заслонка 2 открыта. Кнопка 22 переключателя 10 полярности выключена. При этом модули термоэлектрической батареи кондеционера 1 подключены параллельнопоследовательно к электрической сети 23 питания кондиционера 1;положение переключателя 10 полярности электропитания термоэлектрических модулей обеспечивает такое направление тока, проходящего через модули, что в местах контакта модулей с теплообменНИКОМ 8 поглощается тепло, а в местах контакта модулей с теплообменником 6 выделяется тепло, в результате поток воздуха, подаваемый в теплообменник 8 через коллектор 39 и заборное отверстие 38 вентилятором 37, охлаждается. Охлажденный воздух пос тупает через воздуховод 34 в салон aвтoNюбиля в количестве, обеспечива мом заданным положением открытой заслонки 2. Тепло, выделяемое в мес тах контакта модулей с теплообменни ком 6, поглощается потоком циркулирующей воды, проходящим через тепло обменник 6 и магистраль 18 кондиционера 1. Положение переключателя 10 соответствует такому положению пере пускного регулятора 14, при котором поток воды, циркулирующий через теп лообменник 6, полностью проходит и через магистраль 18, обеспечивая ин дивидуальную работу системы охлажде ния кондиционера 1. Нагреваемая в теплообменнике 6 вода отдает тепло потоку наружного воздуха, омывающег при движении автомобиля магистраль 18, установленную в отсеке 33 двига теля 31. Выхлопные газы двигателя 31 проходят через выхлопной патрубок 32, а затем поступают в теплообменник 7 термоэлектрического генератора 3. В результате охлаждается вода, в магистрали 19 и охлаждаются выхлопные газы..При этом поток наружного воздуха омывает магистраль 19 после магистрали 18. Циркуляция воды в индивидуальной системе охлаждения генератора 3 осуществляется параллельн с циркуляцией потока воф9, охлаждающей двигатель 31. Выхлопные газы, пройдя через теплообменник 7, выбрасываются в атмосферу. В местах конта та модулей термоэлектрической батареи генератора с теплообменниками 7 и 9 возникает разность температур, приводящая к возникновению термо; электродвижущей силы и,соответственно, к выработке электрической мощнос ти, отдаваемой генератором, параллельно с источником питания бортовой сети автомобиля. Режим отопления. Заслонка 2 открыта. Кнопка 22 включена. Включен двигатель 20 поворотного вала 15 перепускного регулятора 14, при этом двигатель вращается по часовой стрел ке. Поворот всша 15 на 90 обеспечивается его фиксацией в этом положении при одновременном автоматическом выключении кнопки 22. При этом рукоятка 21 поворотного вала 15, на которой смонтированы подвижные контакты 11 переключателя 10, вместе с на лом 15 поворачивается на 90 и подвижные контакты 11 замыкаются на неподвижные контакты 12 переключателя Полярность электроп11тания модулей кондиционера меняет свой знак. При этом новое положение переключателя 10 полярности электропитания модулей кондиционера 1 обеспечивает такое направление тока, проходящего через модули, что в местах контакта модулей теплообменником 8 вьщелпется тепло,а в местах контакта модулей с теплообменником б поглощается тепло; выделение тепла приводит к нагреванию в теплообменнике 8 потока воздуха, забираемого через заборное отверстие 38 вентилятором 37 из .наружного пространства и подаваемого в теплообменники 8 через коллег тор 39;наз7ретый воздух поступает через воздуховод 34 в салон 35 автомобиля в количестве, обеспечиваемом заданным положением открытой заслонки 2; В результате поглощения тепла в местах контакта модулей с теплообменни ками поток воды в теплообменнике б охлаждается. При этом охлаждаемая в данном теплообменнике вода отдает тепло в двух направлениях потоку воздуха в магистрали 18 и через модули термоэлектрической батареи 4 кондиционера 1 - потоку воздуха, проходящего через теплообменник 8. Такое распределение потоков тепла приводит к тому, что в режиме отопителя в термоэлектрическом кондиционере 1 тепло перекачивается в поток подогреваемого воздуха из потока воды повышенной температуры (на уровне ), вследствие чего повышается тёплопроизводительность отопителя, а в термоэлектрическом генераторе увеличивается эффективность теплосъема, благодаря включению в работу дополнительной магистрали 18 и дополнительного теплового насоса -. отопителя, вследствие чего увеличивается электрическая мощность генератора, т. е. его производительность. Работа кондиционера 1 в качестве термоэлектрического генератора. В те периоды, когда климатические условия не требуют использования кондиционера 1 в качестве воздухоохладители, или отопителя, заслонка 2 закрывается. Шибер 41 на патрубке 40 открывается. При этс механизм 17 переключателем 16 электрического соединения модулей кондиционера 1 оказывает давление на шток 26,соединенный с вилкой 27, вилка перемещается в направлякя 1их 30, а шток 26 - в опоре 29, пружина 28 сжимается. Подвижные KOHtaKTH 24- переключателя 16, смонтированы йа вилке 27 г выходят из соединения с неподвижными контактами 25, при этом полупроводни|совые модули термоэлектрического кондиционера 1 -подключены последовательно к электрической сети 23 питания кондиционера 1. Для перевода работы кондиционера из режима в режим не требуется включения кнопки 22, а при переводе работы устройства из Р&Х.Яма в режим кнопка 22 включается, что приводит к работе кондиционера 1 в качестве дополнительного термоэлекрического генератора, подключенного о водяной системе охлаждения термоэлектрического генератора 3. При этом в местах контакта полупроводниковых одулей термоэлектрического генератоа 3 с .теплообменником 7 поглощается тепло, а в местах контакта модулей с теплообменниками 8 вьщеляется чбпло. Вьщеление тепла в генераторе приводит к охлаждению горячих вьислопных газов в теплообменнике Тик нагреванию по-Ю тока воды, движущегося через водяные теплообменники 8, поступившие в воду тепло от генератора 3 и двигателя 31 отводится в следующих направлениях: через магистраль 19 - в поток наруж- 15 ного воздуха, поступающего из магистрали 18; через регулятор-14, через модули кондиционера 1 и теплообменник 8 - в поток воздуха, лодаваег-юго вентилятором 37; через магистраль 19 - 20 в поток поступающего из нее воздуха.

При отводе тепла через модули в теплообменник 8 термоэлектрический кондиционер 1 работает в режиме генератора таким образом, что в местах 25 контакта модулей с теплообменником 6 поглощается тепло; в местах контакта модулей с теплообменником 8 выделяется теПло; тепло, поглощаемое в местах контакта модулей с теплообменником бг-лп отводится из потока циркулирующей воды, проходящего через теплообменник б, магистраль 18, двигатель 31. Таким образом, поглощаемая часть тепла, выделяемого в термоэлектрическом генераторе 3 (от выхлопных газов) и двигателе 31, а также тепло, выделяемое в теплообменник 8, поступает в поток воздуха, забираемого через заборное отверстие 38 вентилятором 37 из наружного пространства и подавае- 40 мого -втеплообменники 8 черюз кЪллектор 39; нагретый воздух поступает через воздуховод 34 в патрубок 40 отвода через шибер 41 - в отсек двигателя 33, а затем - в окружакяцее . 45 пространство. В местах контакта модулей с теплообменниками 8 и 6 возникает разность температур, что, благодаря последовательному электрическому соединению модулей, приводит к уве- 50 личению действующей термоэлектродвижущей силы до значения, обеспечиваюiqero работу кондиционера 1 в режиме термоэлектрического генератора. ;. Для перевода термоэлектрического 55 устройства в режим работы кондиционера или отопителя шибер 41 закрывается, а заслонка 2 открывается. При этом г юханизм 17 перемещается так, что пружина 28 переключателя 16 разжимается, и приводит в движение шток 26, соединенный с вилкой 27; перемещение .вилки 27 в направляющих 30 до ее упора в опору 29 приводит к соединению подвижных контактов 24 с неподвижными 25 и, соответственно, к параллельно-последовательному соединению модулей.

Таким образом, объединение магистралей 18 и 19 при соответствующих положениях перепускного регулятора 14 и подвижных контактов переключателя 10 полярности электропитания кондиционера, а также работе при закрытой заслонке 2, механизм 17 управления пе ре ключ ат елем 16, э ле кт риче ско го соединения модулей кондиционера 1, обеспечивает дополнительный сбрОс тепла от термоэлектрического генератора 3 через тепловой насос, каковым является кондиционер 1, и магистраль 18. Это повышает мощность генератора 3, а также обеспечивает работу дополнительного источника электроэнергии, каковым является кондиционер.1, работаквдий в режиме генератора. Все это приводит к повышению производительности всего термоэлектрического устройства, являющегося в этом режиме генератором.

Таким образом, вследствие того,что теплообменники 6 и 9 объединены замкнутым водяным контуром, снабженным перепускным регулятором с поворотным валом, на котором смонтированы подвижные контакты пepeключaтeJlя полярности электропитания кондиционера, а модули кондиционера снабжены переключателем их электрического соединения, и заслонка кондиционера снабжена механизмом управления переключателем электрического соединения, повышается производительность термоэлектрических кондиционера и генератора при работе кондиционера в режиме отопителя, а также производительность всего устройства при работе кондиционера в режиме генератора. Это приводит к повышению производительности термоэлектрического устройства в целом.

Предложенное устройство может найти применение на автотранспортных установках, работающих с двигателями внутреннего сгорания.

Д7,55

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТЮ ДЛЯ создания МИКРОКЛИМАТА в автомобиле, содержащее кондиционер с заслонкой, генератор с автономными термоэлектрическщш батареями, полупроводниковые BeTBR.KOTO{XJX соединены в модули и снабжены горячими и холодными спаяли, присоединенными к теплоg 34 J/ Jf обменникам, и переключатель полярное-ти, имеющий подвижные и неподвижные контакты, и подсоединенный к кондици- онеру, от.личающееся тем, что, с целью повышения экономичности, устройство содержит замкнутый водяной контур, расположенный.между Холодными спаями термобатареи генератора и го- рячими спаями термобатареи: кондицио нера и снабженный перепускным регуф тором с поворотным валом, термобатарея кондиционера снабжена дополнительным пе.включателем электрического соедиHewH ветвей с механизмом управления, у ; новлённым на заслонке кондиционеPfi-r, при этом подвижные контакты перек чателя полярности установлены на поворотном валу nepenyci Horo регулятора. Jf CO

а