УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА ВОЗДУХА В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ

Изобретение относится к термоэлектрическим охлаждающе-нагревающим устройствам, к холодильникам, системам термостатирования изделий, заключенным в замкнутом объеме, кондиционерам.

Известны устройства для кондиционирования воздуха в транспортных средствах, содержащие теплообменники (водяной, испарительный, воздушный), связанные с термоэлектрическими батареями, включающие источник постоянного тока, термоэлектрические генераторы тепла и холода, замкнутые контуры циркулирующего теплоносителя в виде фильтровентиляционных и теплоотводящих жидкостных систем, ряд других вспомогательных систем, например, вентилей, насосов и др., рассмотренные и проанализированные в качестве аналогов и прототипа по отечественным патентам и авторским свидетельствам и зарубежным патентам. Установка для кондиционирования воздуха по А.С. СССР №962038 работает в радиационно-конвективном режиме. Повышение энергетической эффективности осуществляется за счет монтажа термочувствительного элемента расходно-температурного датчика в контакте с горячими спаями термобатарей и блоком управления. Установка кондиционирования воздуха по А.С. СССР №975464 позволяет эффективно при минимальных затратах холодильной и тепловой мощности за счет введения радиационного теплообмена обеспечить тепловой комфорт в кабине транспортного средства, при этом радиационно-конвективная панель расположена под фильтрующей панелью, а в смежных трубах воздух движется в противоположных направлениях, что позволяет выравнивать тепловое поле радиационной поверхности панели и улучшать условия съема тепла с поверхности труб и холодных спаев термобатарей.

Для уменьшения тепловых потоков между термобатареями пакеты каналов изолированы друг от друга теплоизоляционными прокладками.

В А.С. СССР №1438972 установка для кондиционирования воздуха транспортного средства содержит термоэлектрический генератор холода и тепла с системой отвода тепла от горячих спаев термобатарей, включающая конвективный теплообменник и радиационную панель, служащую для повышения эффективности работы установки; последняя выполнена из отдельных подвижных элементов, раздельно подключенных к насосу через электромагнитные клапаны.

Все выше перечисленные устройства и установки для кондиционирования воздуха имеют ряд существенных недостатков, главными из которых являются: низкая энергетическая эффективность; большие холодопотери, приводящие к увеличению габаритов устройств охлаждения и нагрева воздуха; отсутствие равномерности температурного поля и возникновение на радиационной поверхности переохлажденных или перегретых участков, ухудшающих работу термобатарей, снижающих их холодильный коэффициент; выход из строя термобатарей из-за перегрева их горячих спаев в условиях жаркого климата или на производстве с повышенными температурными режимами; вынужденное отключение термобатарей от источника электроэнергии, что приводит к повышенным тепловым потерям между их холодными и горячими спаями, и ряд других.

В мощных отопительно-охладительных устройствах типа «воздух-воздух», «жидкость-воздух» основное внимание уделяется совершенствованию систем теплообмена, конструкциям теплообменников и способам их изготовления. Используются экструдированные теплообменники сложной конфигурации (пат. США №4472945); игольчатые или пластинчатые теплообменники, изготовленные из одной цельной заготовки (пат. США №4297849); развитые теплообменники из пористого материала, в которых имеются каналы для транспортировки сконденсировавшей жидкости, и изотермичность системы достигается при использовании испарения и конденсации вещества, заполняющего теплообменники. Такие системы можно использовать для естественного конвективного теплообменника (пат. США №4448028).

В патенте США №4350016 описываются устройство и способ охлаждения при помощи термоэлектрического элемента, работающего от постоянного тока, в котором тепло, перенесенное на горячую сторону, рассеивается на внешнем теплообменнике охлаждаемой водой, а также взаимодействием с внешней средой. Из рассмотренных отечественных и зарубежных аналогов наиболее близким аналогом, выбранным за прототип изобретения, является устройство для охлаждения и нагрева воздуха в замкнутом объеме, приведенное в патенте Российской Федерации 2140365 С1, содержащее термоэлектрический воздушный генератор холода и тепла, включающий в себя термоэлектрические батареи, подключенные к источнику постоянного тока через пульт управления, позволяющий изменять полярность приложенного к термоэлектрическим батареям напряжения, фильтровентиляционную и теплоотводящую жидкостную системы, термоэлектрический воздушный генератор выполнен в виде двух воздушных и одного жидкостного радиаторов, при этом каждый воздушный радиатор соединен с соответствующим жидкостным радиатором посредством одного каскада термоэлектрических батарей, причем горячая сторона термоэлектрических батарей соединена с жидкостным радиатором, а холодная - с воздушным радиатором.

Недостатком такого устройства является сложность конструкции и обслуживания жидкостного тракта.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание простого по конструкции и удобного в эксплуатации устройства для охлаждения и нагрева воздуха в замкнутом объеме. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в упрощении конструкции, удобстве обслуживания устройств и достижении высоких теплоэнергетических характеристик.

Для обеспечения изобретением технического результата устройство для охлаждения и нагрева воздуха в замкнутом объеме содержит термоэлектрический генератор холода и тепла, включающий в себя термоэлектрические батареи, подключенные к источнику постоянного тока, в замкнутом объеме размещен центробежный вентилятор, напротив входных отверстий которого размещены ребра внутренних радиаторов, на основания которых установлены термоэлектрические батареи, противоположные стороны которых контактируют с основанием наружных радиаторов, обдуваемых наружными вентиляторами. Кроме того, в описываемом устройстве наружные радиаторы снабжены фланцами и через прокладки уплотняют замкнутый объем, выходное отверстие центробежного вентилятора соединяется с воздуховодом, размещенным внутри замкнутого объема, а последний выполнен в виде герметичного контейнера, внутри которого размещено охлаждаемое или нагреваемое изделие.

Вышеперечисленные признаки являются существенными, так как находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.

На чертеже изображен замкнутый объем 1, термоэлектрический генератор холода и тепла, имеющий термоэлектрические батареи 2, подключенные к источнику постоянного тока.

В замкнутом объеме размещен центробежный вентилятор 3, напротив его входных для воздуха отверстий размещены ребра внутренних радиаторов 4, на плоском основании которых размещены термоэлектрические батареи, противоположные стороны которых контактируют с плоским основанием наружных радиаторов 5, которые обдуваются наружными вентиляторами 6. С помощью фланцев 7 наружных радиаторов 5 и прокладок 8 герметизируется замкнутый объем 1.

Для более равномерного охлаждения (нагрева) замкнутого объема выходное отверстие центробежного вентилятора соединяется с воздуховодом 9, размещенным внутри замкнутого объема и позволяющим доставить охлажденный (нагретый) воздух в отдаленные места замкнутого объема.

Также на чертеже показано изделие 10, которое размещено в замкнутом объеме (герметичном контейнере) 1, которое нужно охлаждать, нагревать либо поддерживать вокруг него заданную температуру воздуха с помощью системы термостатирования.

Работает устройство следующим образом.

- Режим охлаждения. При подаче напряжения постоянного тока на термоэлектрические батареи 2 внутренние радиаторы 4 охлаждаются и воздух, засасываемый центробежным вентилятором 3 проходит вдоль ребер внутреннего радиатора 4, охлаждаясь, при этом и поступает через выходное отверстие центробежного вентилятора и воздуховод 9 в отдаленные участки замкнутого объема 1, и далее этот воздух снова через ребра внутреннего радиатора 4 засасывается центробежным вентилятором 3. Наружные радиаторы 5 в режиме охлаждения нагреваются и обдуваются вентиляторами 6, отводя при этом выделяемое радиаторами 5 тепло.

- Режим нагревания. На термоэлектрические батареи 2 подается напряжение постоянного тока другой полярности. Работает устройство аналогично, только воздух внутри замкнутого объема нагревается.