Термоэлектрический кондиционер для транспортных средств Советский патент 1993 года по МПК H01L35/28 

Изобретение относится к области прямого преобразования электрической энергии для получения холода и может быть использовано в термоэлектрических кондиционерах, применяемых для транспортных средств, например, в кабине локомотива, используемого в метрополитене.

Известен термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий термоэлектрические батареи с

радиаторными пластинами, вентиляторный блок и источник питания.

Недостатком известного термоэлектрического кондиционера является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что радиаторные пластины зэформова- ны с двух сторон в электроизоляционные прослойки, при этом все пластины зафиксированы в монолитную основу, и при термических расширениях происходит

воздействие повышенных термомеханических нагрузок на коммутационные соединения термоэлектрических батарей. Кроме того, известный термоэлектрический кондиционер имеет низкую ремонтоспособность, поскольку в случае повреждения какого-либо термоэлемента в батарее (обычно это наиболее слабый элемент кондиционера) приходится проводить разбор всех узлов и раз бор И замену всей электроизоляционной пластины7, что сопряжено с длительной и слй.жной работой..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описыва- ёмомуустройству является термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания.

Недостатком известного термоэлектрического кондиционера является низкая ремонтоспособностьи низкая эксплуатационная надежность вследствие того, что термоэлектрические батареи вмонтированы в общую несущую конструкцию и радиаторные пластины зафиксированы в опорные элементы без необходимой компенсации, термомеханических нагрузок. Вентиляционный блок, состоящий из одного мощного вентилятора, не обеспечивает создания равномерного температурного поля из-за неравномерного обдува радиаторных пластин. В случае повреждения какого-либо термоэлемента приходится проводить демонтаж всей конструкции термоэлектрического кондиционера, в том чис- ле общей монтажной плиты с термоэлектрическими батареями, что приводит к необходимости проведения сложного комплекса работ: разбор вентиляционного блока, демонтаж радиаторных пла стин, разбор коммутационных соединений, разбор несущих плат, извлечение поврежденных ветвей и т.д. с последующей сборкой в обратном порядке, и, соответственно, к существенному снижению ремонтоспособности термоэлектрического кондиционера,

Цель изобретения - улучшение ремонтоспособности и повышение эксплуатационной надежности термоэлектрического кондиционера, применяемого в транспортных средствах.

Для достижения поставленной цели в термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок и источник питания, дополнительно введены разъемные корпуса термоэлектрических батарей, электроизоляционные рамки, упругие проставки, система стяжек и монтажные планки, причем каждый разъемный корпус

состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, расположенные на противоположных гранях, окна

для холодных и горячих радиаторных пластин в торцевых стенках корпуса, отверстия для слива конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы, зафиксированные в стенке корпуса, термоэлектрйческие батареи объединены в модули, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые

штыри батарей модуля расположёны в от-1 верстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей- предпочтительно электроизоляционную рамку располагать в плоскости, проходящей через центры ветвей термоэлементов в батарее, а упругие

проставки размещать между радиаторными . пластинами и электроизоляционной рамкой; коммутационные шины крайнихтермо- элементов в батарее снабжены резьбовыми штырями, зафиксированными в корпусе,

при этом штыри смежных батарей в блоке соединены коммутационной планкой; в кондиционер дополнительно введены упругие пластины, расположенные между боковыми стенками смежных модулей, торцевые поверхности которых размещены в одной плоскости компенсаторы примыкают к холодным радиаторным пластинам через электроизоляционную проставку. ,;у Указанный в цели положительный эффект достигается за счет того, что каждай термоэлектрическая батарея содёржигг разъёмный корпус, состоящий из двухйден- тичных частей с центральными буртиками; Корпуса батарей используются как опорные

элементы конструкции и в них размещены термоэлементы и радиаторные пластины. Разъемность корпуса обеспечивает удобство демонтажа, Электроизоляционная рамка, размещаемая в углублениях буртиков корпусов и расположенная в плоскости.

проходящей через центры ветвей термоэлементов, .служит контактным элементом вет- вей, которые по своб бдной посадке вставляются в ее отверстия и в сочетании с упругими проставками, выполненными из эластичного герметика, размещенными между ее поверхностями и радиаторными пластинами, обеспечивает компенсацию термомеханических напряжений за счет обеспечения возможности свободного перемещения радиаторных пластин при изме- нении температуры, что приводит к повышению эксплуатационной надежности. Этой же цели способствует и введение компенсаторов, которые зафиксированы в стенке разъёмного корпуса и опираются через электроизоляционную проставку на холодные радиаторные пластины. Компенсаторы осуществляют, с одной стороны, прижим термобатареи к внутренней поверхности разъемного корпуса, а с другой, - обеспечивают возможность свободного перемещения радиаторных пластин при температурных воздействиях, что обеспечивает разгрузку коммутационных соединений в термоэлементах батарей - наиболее слабых узлах батареи, поскольку именно холодные коммутационные соединения подвергаются максимальным температурным воздействиям, Улучшению ремонтоспособности способствует объединение термоэлектрических батарей в модули, состоящие из смежных батарей, в которых выступ корпуса одной батареи располагается в углублении соседней батареи, и соединяемые между собой при помощи монтажных планок, в отверстиях которых располагают резьбовые штыри, зафиксированные в стенках разъемных корпусов. При необходимости демонтажа какой-либо из батарей в модуле необходимо лишь отвинтить гайки резьбовых штырей и корпус требуемой батареи свободно извлекается из модуля. Повышению эксплуатационной надежности способствует введение системы стяжек, каждая из которых состоит из симметричных пластин с выступами и ручками и пружин, соединяющих пластины с коммутационными плитами. При необходимости демонтажа в кондиционере ручки перемещаются к центру модуля, пружины сжимаются и выступы выходят из углублений общего корпуса кондиционера. Таким образом, операция извлечения модуля из кондиционера занимает всего несколько секунд, что значительно улучшает ремонтоспособ- ность. Введение отверстий для слива конденсата в нижних стенках разъемных корпусов наряду с выполнением отверстий для слива конденсата в пластинах стяжек

способствует повышению эксплуатационной надежности, т.к. образующаяся при работе кондиционера влага оперативно удаляется из термоэлектрических батарей. 5 и тем самым устраняется возможность образования шунтирующих пленок. Для улучшенияремонтоспособностикоммутационные .соединения между батареями выполняются в виде коммутацион0 ных планок, в отверстиях которых размещаются резьбовые штыри, присоединенные к крайним термоэлементам батареи, „и поэтому при проведений демонтажи ых работ не требуется разруше5 ния монолитных коммутационных соединений, применявшихся ранее, а дбСтато ч йЪ лишь отвинтить гайки с резьбовых штырей в коммутаЦйб йнЬМГ Щ1й енй С Для повышения эксплуатацйбнной надежности вен0 тиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, один из которых равномерно распределен вдоль поверхности окон холодных радиаторных пластин, а Другой - вдоль поверхности окон

5 горячих радиаторных пластин. Наличие ряда вентиляторов позволяет оперативно проводить замену в случае возникновения неполадок , одновременно обеспечивается более равномерный обдув всех радиатор0 ных пластин, т.к. снижается возникновение . локальных неоднородИостёй, создаваемых потоком воздуха, обеспечивается более равномерное температурное поле и уменьшается возникновение паразитных термо5 механических напряжений,, что также способствует повышению эксплуатационной надежности.

На фиг, 1 показана термоэлектрическая батарея с радиаторными пластинами, раз0 мещенная в разъемном корпусе (вид с торцевой поверхности); на фиг. 2 - разъемный корпус; на фиг. 3 - поперечное сечение термоэлектрической батареи, расположенной в разъемном корпусе; на фиг. 4 - модуль (вид

5 с торцевой поверхности); на фиг. 5 - модуль (вид со стороны стяжек); на фиг. 6 - модуль (вид сбоку); на фиг. 7 - термоэлектрический кондиционер в сборе (вид сбоку); на фиг. 8 - термоэлектрический кондиционер (вид

0 сверху).

Термоэлектрический кондиционер содержит: положительные ветви термоэлеме- тов () - 1; отрицательные ветви термоэлементов ()-2; надставки хо5 лодных коммутационных шин термоэлементов - 3; надставки горячих коммутационных шин термоэлементов - 4; коммутационные соединения ветвей термоэлементов - 5; радиаторные пластины -б; коммутационные шины термоэлементов с

зигом - 7; электроизоляционная рамка - 8: центральный буртик разъемного корпуса с углублением - 9; резьбовый штырь крайней ветви р-типа - 10; элемент крепежа коммутационной планки - 11; резьбовой штырь крайней ветви п-тйпа - 12; токоотводящая шина с зигом - 13; компенсатор - 14; электроизоляционная проставка - 15; часть разъемного корпуса - 1.6; резьбовый штырь, зафиксированный в стенке разъемного корпуса - 17; упругие проставки - 18; соединительные элементы частей разъёмного корпуса - 19, 20; выступ разъемного корпуса, размещенный на его грани -21; впадина разъемного корпуса, размещенная на его грани - 22; отверстие для слива конденсата в стенке разъемного корпуса - 23; разъемный корпус термоэлектрической батареи - 24; монтажная планка -25; пластина стяжки

- 26; ручка стяжки - 27; выступ пластины - 28; направляющие стяжек -29; пружина стяжек - 30; коммутационная планка - 31; элемент крепления коммутационной планки - 32; элемент крепления к монтажной планке

-33; модуль-34; окно для слива конденсата

- 35; боковая пластина модуля - 36; рамка - 37; упругая проставка - 38; прослойка - 39; упругая пластина - 40; короб вентиляционного блока-41; электроизоляционная перегородка-42; горячий воздухопровод-43; вытяжные вентиляторы горячего потока - 44; холодный воздухопровод - 45; вытяжные вентиляторы холодного воздухопровода - 46; элемент крепления вентиляционного блока - 47; патрубок для подвода холодного потока - 48; токопод- воды к модулям - 49, 50.

Кроме того, заявленный термоэлектрический кондиционер содержит поддон с клапаном для слива конденсата, термодатчики и блок регулирования (на чертеже не указаны).

В описываемом термоэлектрическом кондиционере ветви термоэлементов - 1, 2 выполняют из высокоэффективных полупроводниковых материалов, например, из тройных сплавов на основе тёллурйда висмута. Надставки коммутационных шин - 3, 4 и коммутационные шины - 7 соединяются с ветвями, между собой и с радиаторными пластинами - 6 при помощи пайки или сварки. Разъемный корпус термоэлектрической батареи - 24 предпочтительно изготавливать из пластика, например, из самозатухающего полипропилена, т.к. это способствует повышению эксплуатационной надежности за счет устранения возможности быстрого возгорания. В торцевых поверхностях обоих частей разъемного корпуса - 24 выполнены окна для радиаторных

пластин - 6, при этом предпочтительно высоту окна выбирать равной высоте радиаторной пластины, что способствует формированию воздушных потоков, полностью охватывающих боковые поверхности радиаторных пластин - 6. В разъемном корпусе - 24, в каждой его части - 16 выполнен расположенный по периметру буртик с выемкой .- 9, ширина которой соответствует

0 толщине электроизоляционной рамки - 8. Место расположения буртика - 9 выбрано так, что в сборе центральная плоскость рамки - 8 проходит через центры ветвей термоэлементов -1,2, Упругие проставки - 18

5 изготавливают из резиноподобного эластичного герметика, например, герметика марки ВГО-4, при этом каждая проставка - 18 располагается между коммутационными шинами термоэлементов - 7 и поверхно0 стью электроизоляционной рамки - 8, так что ветви термоэлементов - 1, 2 и их надставки -3,4 оказываются зафиксированными в упругой проставке - 18. Компенсаторы

- 14 выполняются из упругих эластичных 5 электроизоляционных материалов и зафиксированы в стенке разъемного корпуса - 16 (см. фиг. 1). Резьбовые штыри - 17 выполняются из металла, например, из нержавеющей стали, и зафиксированы в стенке 0 разъемного корпуса - 24, при этом резьба выполйейа и на выступающем участке штыря - 17. Отверстия для слива конденсата - 23 равномерно распределены по длине термоэлектрической батареи. Части разъемно- 5 го корпуса имеют в угловых зонах выступы

- 21 и впадины - 22 так, что форма впадины

-22 соответствует форме выступа - 21 и при стыковке разъемных корпусов смежныхтер- моэлектрических Сатарей выступ корпуса

0 одной батареи располагается во впадине корпуса смежной батареи. Монтажная планка - 25 снабжена рядом отверстий, распределенных по ее длине так, что при сборке модуля - 34 из смежных

5 термоэлектрических батарей резьбовые штыри - 17 размещаются в этих отверстиях, при этом монтажная планка - 25 прижимается к разъемным корпусам - 24 смежных термоэлектрических батарей при помощи

0 элементов крепления - 33. Пластина стяжки

- 26 изготавливается из оксидированного дюраля толщиной несколько мм и имеет выступ - 28, который выходит за торцевую поверхность модуля - 34 и располагается в 5 углублении общего корпуса (см. фиг. 7). Ручку стяжки - 27 предпочтительно выполнять в виде изгиба пластины -26. Боковые поверхности смежных модулей - 24 в кондиционере отделяются друг от друга при помощи прослойки - 39 и упругой пластины - 40,

образующих гидравлический запор и препятствующих возникновению паразитных воздушных потоков.

Описываемый термоэлектрический кондиционер работает следующим образом. Сигналы термодатчиков, расположенных между радиаторными пластинами - 6 и в кабине транспортного средства, в котором установлен кондиционер, поступают на блок управления, при помощи которого регулируется ток, вырабатываемый источником питания. Ток, поступающий на токоподводы. к модулям - 49, 50, пропускается через ветви термоэле ментов - 1, 2 и за счет эффекта Пельтье на холодных спаях происходит поглощение тепла, а на горячих - тепловыделение Вентиляторы холодного воздухопровода - 46 организуют воздушный поток (см. фиг. 7) по стрелке -Л, омывающий радиаторные пластины - 6, примыкающие к холодным спаям ветвей термоэлементов -1,2. Воздушный поток, поступающий из кабины транспортного средства, омывает радиаторные пластины -. 6 и охлаждается по мере прохождения смежных термоэлектрических батарей модуля - 34, и охлажденный воздух поступает в кабину. Образующийся конденсат через окно в разьемном корпусе - 24, окна в пластинах стяжек - 35 поступает в отстойник (на чертеже не указан) и через клапан удаляется из него. Через горячие радиаторные пластины - б осуществляется проток воздуха, поступающего из потолочной полости при помощи вентиляторов горячего воздухопровода - 44, и выделяемое ветвями термоэлементов тепло снимается с радиаторных пластин- б и через жалюзи (на чертеже не показаны) поступает в окружающую среду и рассеивается в ней. В случае повреждения ветви или коммутационного соединения какого-либо термоэлемента в любой из термоэлектрических батарей в заявленном кондиционере можно осуществить оперативную замену поврежденного элемента, которую проводят в следующей последовательности: отсоединяют токоот- воды - 49, 50 заменяемого модуля - 34; перемещают ручки - 27, стяжек, сжимая пружины - 30, и выступы пластины - 28 выходит из соответствующих углублений общего корпуса кондиционера. Освобождаются элементы крепления коммутационных планок - 33 извлекаемой термоэлектрической батареи и два элемента крепления контактной планки - 32, после чего корпус батареи свободно выдвигается из модуля и на высвободившееся место вставляют термоэлектрическую батарею из ЗИПа (размещенную в своем разъемном корпусе - 24).

Затем присоединяют к ее резьбовым штырям соответственно крепежных элементов - 32, 33, модуль - 34 размещают на прежнем месте, присоединяют к токоотводам - 49 и

50 токовые провода, и кондиционер вновь готов к ряботе.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий

0 термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания, отличающийся тем, что, с целью улучшения ремонтнопрйгодно- сти и повышения эксплуатационной надеж5 ности термоэлектрического кондиционера, он дополнительно снабжен разъемными корпусами термоэлектрических батарей, электроизоляционными рамками, упругими проставками, системой стяжек и монтажных

0 планок, причем каждый разъемный корпус состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, располо5 женные на противоположных гранях, окна для холодных и горячих радиаторных пластин в торцевых стенках корпуса, отверстия для слива конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы, зафик0 си-рованные в стенке корпуса, термоэлектрические батареи объединены в модули, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впади-

5 не корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из кото0 рых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно

5 распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей. .

2. Кондиционер по п. отличающийся тем, что электроизоляционная рамка

0 расположена в плоскости, проходящей через центры ветвей термоэлементов в батарее, а упругие проставкй размещены между радиаторными пластинами и электроизоляционной рамкой.

5 3. Кондиционер поп. 1, отл и ч а ю щи- й с я тем, что он дополнительно снабжен упругими пластинами, расположенными между боковыми стенками смежных модулей, торцевые поверхности которых размещены в одной плоскости.

4. Кондиционер по п. 1, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что коммутационные шины крайних термоэлементов в батарее снабжены резьбовыми штырями, зафиксированными

рей в блоке соединены коммутационной планкой.

5. Кондиционер по п. отличающийся тем, что компенсаторы примыкают к

и корпусе;при этом штыри смежных бата- 5 холодным радиаторным пластинам через

электроизоляционную проставку.

рей в блоке соединены коммутационной планкой.

5. Кондиционер по п. отличающийся тем, что компенсаторы примыкают к

Использование: термоэлектрический кондиционер для транспортных средств в кабинах локомотивов, в метрополитене, автомобилях и др. Сущность изобретения: для улучшения ремонтопригодности при одновременном повышении эксплуатационной надежности термоэлектрический кондиционер, содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания и блок управления, дополнительно снабжен разъемными корпусами термоэлектрических батарей, электроизоляционными рам2 ками, упругими проставками, системой стяжек и монтажных планок, причём каждый разъемный корпус состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, расположенные на противоположных гранях, окна для холодных и горячих радиаторных пластин в торцовых стенках корпуса, отверстия на сливе конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы, зафиксированные в модуле, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде Двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей. 4 з.п. ф-лы, 8 ил. ел с о юА 00 2

Фиг. t

д-гпф 9Z 9Z 8Z ЈZ 8Z BZ

fi8l6il